【教学论文】中微子的发现过程及其物理意义【教师职称评定】.doc

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1、中微子的发现过程及其物理意义01级物理系一班康银华要追溯中微子发现的经过，还要从19世纪末20世纪初对放射性的研究谈起。当时，科学家们发现，在量子世界中，能量的吸收和发射是不连续的。不仅原子的光谱是不连续的，而且原子核中放出的阿尔法射线和伽马射线也是不连续的。这是由于原子核在不同能级间跃迁时释放的，是符合量子世界的规律的。奇怪的是，物质在P衰变过程屮释放出的由电子组成的P射线的能谱却是连续的，而且电子只带走了它应该带走的能量的一部分，还有一部分能量失踪了。1930年，奥地利物理学家泡利提出了一个假说，认为在B衰变过程

2、中，除了电子之外，同时还有一种静止质量为零、电中性、与光子有所不同的新粒子放射出去,带走了另一部分能量，因此出现了能量亏损。这种粒子与物质的相互作用极弱，以至仪器很难探测得到。未知粒子、电子和反冲核的能量总和是一个确泄值，能量守恒仍然成立，只是这种未知粒子与电子之间能量分配比例可以变化而己。当时泡利将这种粒子命名为“中子”，最初他以为这种粒子原来就存在于原子核中。但在1931年，泡利在美国物理学会的一场讨论会中提出，这种粒子不是原来就存在于原子核中，而是衰变产生的。1932年真正的中子被发现后，意大利物理学家费米将泡

3、利的“中子”正名为“中微子”。1933年，意大利物理学家费米提出了B衰变的定量理论，指出口然界中除了己知的引力和电磁力以外，还有第三种相互作用一弱相互作用。B衰变就是核内一个中子通过弱相互作用衰变成一个电子、一个质子和一个中微子。他的理论定量地描述了0射线能谱连续和B衰变半衰期的规律，B能谱连续之谜终于解开了。泡利的屮微了假说和费米的P衰变理论虽然逐渐被人们接受，但终究还蒙上了一层迷雾：谁也没有见到中微子。就连泡利木人也曾说过，中微子是永远测不到的。在泡利提出中微了假说的时候，我国物理学家王冷昌止在徳国柏林大学读研究

4、生，直到回国，他还一直关心着B衰变和检验中微子的实验。1941年，王涂昌写了一篇题为《关于探测中微子的一个建议》的文章，发表在次年美国的《物理评论》杂志±,o1942年6月，该刊发表了美国物理学家艾伦根据王涂昌方案作的实验结果，证实了中微子的存在，这是这一年中世界物理学界的一件大事。但当时的实验不是非常成功，克到1952年，艾伦与罗徳巴克合作，才第一次用成功地完成了实验，同一年，戴维斯也实现了王》金昌的建议，并最终证证明中微子不是儿个而是一个。在电子俘获试验证实了中微子的存在以后，进一步的工作就是测量中微子与质量相互

5、作用引起的反应，直接探测屮微了。由于屮微子与物质相互作用极弱，这种实验是非常困难的。直到1956年，这项试验才由美国物理学家弗雷徳里克•莱因斯完成。首先实验需要一个强中微子源，核反应堆就是合适的源。这是由于核燃料吸收中子后会发生裂变，分裂成碎片时乂放出中子，从而使其再次裂变。裂变碎片大多是B放射性的，反应堆中有大量裂变碎片，因此它不仅是强大的中子源，也是一个强大的中微子源。因为屮微子反应儿率很小，耍求用大量的靶核，莱因斯选用氢核（质子）作靶核，使用了两个装有氯化镉溶液的容器，夹在三个液体闪烁计数器中。这种闪烁液体是是

6、一种在射线下能发出荧光的液体，每来一个射线就发出一次荧光。由于中微子与构成原子核的质子碰撞时发出的明显的频闪很有特异性，从而证实了中微子的存在。为此，他与发现轻子的美国物理学家马丁吐［1尔分享了1995年诺贝尔物理学奖。在泡利提岀中微子假说以后，经过26年，人们才第一次捕捉到了中微子，也打破了泡利木人认为中微子永远观测不到的悲观观点。对中微了的研究不仅在高能物理和天体物理中具有垂要意义，在我们的日常生活屮也有现实意义。人类认识客观世界的冃的是为了更口觉地改造世界。我们丿应充分利用在研究中微子物理的过程中发展起来的实验

7、技术和中间成果，使其转化成生产力造福人类，而中微子木身也有可能在21世纪得到应用。其中可能的应用之一•就是中微子通讯。由于地球是球面，加上表面建筑物、地形的遮挡，电磁波长距离传送要通过通讯卫星和地面站。而中微子可以直透地球，它在穿过地球时损耗很小，用高能加速器产生10亿电子伏特的屮微子穿过地球时只衰减千分之一，因此从南美洲可以使用中微子束穿过地球直接传至北京。将中微子束加以调制，就可以使具包含有用信息，在地球上任意两点进行通讯联系，无需昂贵而复杂的卫星或微波站。应用Z二是屮微子地球断层扫描，即地层CT。屮微子与物质相

8、互作用截面随屮微子能量的提高而增加，用高能加速器产生能量为一万亿电子伏以上的屮微子束定向照射地层，与地层物质作用可以产生局部小“地震”，类似于地震法勘探，可对深层地层也进行勘探，将地层一层一层地打描。可以预见，绚丽多彩的中微子天文学和中微子的应用将在21枇纪大放异彩！参考文献：《白年科学发现》