現(xiàn)在伸出手掌，每秒種會(huì)數(shù)以百億計(jì)的中微子穿過你的手掌，但是你完全感覺不到它們的存在，這是為啥，因?yàn)樗鼈兿裼撵`一樣，從來(lái)不會(huì)和你的手掌發(fā)生任何形式的相互作用。

你的手掌在中微子的面前完全就是透明的，不光是你的手掌，整個(gè)地球?qū)χ形⒆觼?lái)說，也是透明的，中微子可以毫不費(fèi)力地穿過地球，不會(huì)受到任何影響。

據(jù)說是，你想要擋住一個(gè)中微子，至少需要3光年的鉛塊，所以問題來(lái)了，中微子和其他物質(zhì)的作用力這么弱，我們是如何發(fā)現(xiàn)它的？那最關(guān)鍵的問題是，我們?cè)跊]有發(fā)現(xiàn)中微子的時(shí)候，是如何知道世界上有這么個(gè)東西？

其實(shí)知道中微子的存在并不難，而且是一件非常自然的事情，你看，是這樣的，1896年的時(shí)候人類就發(fā)現(xiàn)了元素的放射性，很快盧瑟福就發(fā)現(xiàn)，放射性有兩種，一種是α粒子，一種是β粒子。

沒過多久，人們就確認(rèn)了β粒子就是電子，到了1912年的時(shí)候，化學(xué)家索迪就提出了一個(gè)元素的位移定律說的是，一個(gè)放射性元素在釋放出一個(gè)β粒子以后，就會(huì)從元素周期表中向后移一個(gè)位置。

到了1913年的時(shí)候，物理學(xué)家莫斯萊就測(cè)量了核電荷數(shù)，才解釋了索迪的位移定律，其實(shí)就是原子核放出了一個(gè)電子以后，多了一個(gè)正電荷，所以就變成了相鄰的下一個(gè)元素。以上的所有內(nèi)容在我之前的視頻中都講過了。

下面我舉個(gè)粒子，比如說氚，這是氫的一個(gè)同位素，現(xiàn)在我們知道，他的原子核里面有一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子，當(dāng)一個(gè)中子經(jīng)歷β衰變以后，就會(huì)射出一個(gè)電子變成一個(gè)質(zhì)子，然后原子核就會(huì)變成了兩個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，這其實(shí)就是氦3原子核。

雖然當(dāng)時(shí)人們還沒有發(fā)現(xiàn)中子，但是已經(jīng)可以簡(jiǎn)單地理解β衰變的過程了，就是原子核釋放一個(gè)電子，多了一個(gè)正電荷，然后變成了其他元素。

但是人們就發(fā)現(xiàn)了問題，在β衰變的過程中，釋放出來(lái)的電子的能量，也就是他所攜帶的動(dòng)能，不是確定的，而是一個(gè)連續(xù)的能量譜，有一個(gè)最小值和最大值。

這一點(diǎn)就非常的奇怪，就拿上面的氚到氦3的衰變來(lái)說，氚釋放出來(lái)的電子的動(dòng)能最小值是0，最大值是18.6Kev，沒有超過這個(gè)最大值的電子，不過大多數(shù)的電子的動(dòng)能處在2~4Kev這個(gè)區(qū)間。

這個(gè)現(xiàn)象的奇怪點(diǎn)在于，每次釋放出來(lái)的電子的能量不一樣，但是我們又知道氚的原子核和氦3的原子核的基態(tài)能量是確定，所以從氚到氦3的轉(zhuǎn)變應(yīng)該會(huì)釋放出一個(gè)動(dòng)能確定的電子。

但是實(shí)驗(yàn)測(cè)量出來(lái)的電子的能量卻是連續(xù)的，這在當(dāng)時(shí)把所有人都難住了，按照一貫的操作，當(dāng)時(shí)物理學(xué)家解決這個(gè)問題辦法就是否定能量守恒定律。這就是當(dāng)時(shí)玻爾的想法。

有一件事就特別奇怪，前文我們也說了，居里夫婦在研究鈹射線的時(shí)候，當(dāng)時(shí)也懷疑了能量守恒定律，這讓他倆錯(cuò)失了中子的發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在玻爾也在懷疑能量守恒定律，這又錯(cuò)失了一個(gè)新粒子的發(fā)現(xiàn)，貌似物理學(xué)都不喜歡假設(shè)有新的東西，總是喜歡懷疑已有理論是錯(cuò)的，這一點(diǎn)比較奇怪。

好，我們接著說氚到氦3的β衰變，在這個(gè)過程中電子動(dòng)能的最大值是18.6Kev，但是大部分情況下，電子的動(dòng)能都要小于這個(gè)值，那問題是還有一部分能量去了哪里？這就是β衰變中能量丟失的困難。

其實(shí)不光是能量丟失了，粒子的角動(dòng)量也丟失了，你看，這中子的自旋是1/2，現(xiàn)在它變成了一個(gè)質(zhì)子和電子，這兩個(gè)自旋也是1/2，結(jié)果總自旋不是0就是1，不可能是1/2，所以角動(dòng)量也不守恒了。

從角動(dòng)量這點(diǎn)可以看出，在β衰變的過程中應(yīng)該還產(chǎn)生了一個(gè)自旋為1/2的粒子，由于它對(duì)電磁作用沒有反應(yīng)，所以可以斷定它是一個(gè)中性粒子，從電子的能量譜可以看出它的質(zhì)量極其微小，甚至質(zhì)量是0，這就是1931年泡利對(duì)中微子的預(yù)言。

所以β衰變的過程就變成了這樣的，一個(gè)中子發(fā)生β衰變以后，會(huì)變成了一個(gè)質(zhì)子、一個(gè)電子和一個(gè)反電子中微子。

這里我想問大家一個(gè)問題，為什么在上述的反應(yīng)中，生成的是一個(gè)反電子中微子。大家先思考一下，后面我會(huì)加以說明。

好，那既然泡利預(yù)言了中微子，那我們就需要找到這個(gè)粒子，可是中微子是出了名的難以探測(cè)，它的穿透能力太強(qiáng)力，所以直到25年以后，也就是1956年我們才捕捉到了中微子。

要想了解探測(cè)中微子的原理，我們還需要把β衰變的過程再詳細(xì)地說一遍，剛才我們說了，一個(gè)中子會(huì)衰變成一個(gè)質(zhì)子、電子和反電子中微子。

在這個(gè)反應(yīng)中，我們可以看出有三個(gè)守恒的量子數(shù)，首先是重子數(shù)守恒，一個(gè)中子變成了質(zhì)子，重子數(shù)不增不減。

還有電荷守恒，一個(gè)中子變成了質(zhì)子，雖然質(zhì)子帶了正電，但是它又釋放了一個(gè)帶負(fù)電的電子，所以電荷不增不減。

最后是輕子數(shù)守恒，由于它釋放出了一個(gè)電子為了保證電荷守恒，但是卻無(wú)緣無(wú)故地創(chuàng)造出了一個(gè)輕子，也就是電子，它的輕子數(shù)是1，所以為了抵消這個(gè)輕子數(shù)，就必要還要生成一個(gè)粒子，就是反電子中微子，它的輕子數(shù)是-1，所以就保證了反應(yīng)的過程中輕子數(shù)也是守恒的。這就是為啥要生成反電子中微子了。

大自然就是這么奇妙，真的是不可思議，當(dāng)然除了這些守恒量以外，在反應(yīng)中能量、動(dòng)量、角動(dòng)量肯定也是守恒的。

不光是β衰變，在以后遇到的所有的衰變過程，都要遵守最基本的守恒規(guī)律，其實(shí)也可以這么說，只要是遵守守恒規(guī)律的反應(yīng)，都可以發(fā)生。

你看，剛才我們說了，中子可以變成質(zhì)子、電子和反電子中微子，那你說一個(gè)反電子中微子加上質(zhì)子，能不能變成中子和正電子，這個(gè)反應(yīng)可以發(fā)生嗎？

思考一下，肯定可以 ，對(duì)吧！因?yàn)樗鼪]有違法任何守恒量，可以看出，其實(shí)我們只是把中子到質(zhì)子、電子和反電子中微子這個(gè)反應(yīng)中的電子挪到了反應(yīng)的前面，和中子待在一塊。但是把電子挪過去的時(shí)候，就要把它變成相應(yīng)的反粒子，也就是變成正電子，這就是交叉變換原則。

這里我們了解下就行了，聽懂沒聽懂都不要緊，我們只需要記住一點(diǎn)，質(zhì)子加反電子中微子，可以變成中子和正電子，這個(gè)反應(yīng)。因?yàn)檫@個(gè)反應(yīng)正是我們探測(cè)中微子存在的原理。

在1956年的時(shí)候，物理學(xué)家萊因斯和柯溫，他倆就使用了200升水作為探測(cè)器，因?yàn)樗镉写罅康馁|(zhì)子，并且在探測(cè)器的兩邊分別裝了370加侖的液體閃爍探測(cè)器，用來(lái)捕捉反應(yīng)后生成的γ光子。

他倆就把這個(gè)裝置埋在核電站附近很深的地下，如果真的有反電子中微子，那么它就有可能撞上水里的質(zhì)子，然后變成中子和正電子。

正電子在水里經(jīng)過減速以后會(huì)與一個(gè)電子發(fā)生湮滅，然后會(huì)朝相反的方向釋放出兩個(gè)伽馬光子，這兩個(gè)伽馬光子的能量都是0.51M電子伏特，伽馬光子分別進(jìn)入兩邊的兩個(gè)液體探測(cè)器，我們就能知道，在水里生成了正電子，并發(fā)生了湮滅，就可以確認(rèn)是質(zhì)子和反電子中微子發(fā)生了反應(yīng)，也就確認(rèn)了中微子的存在。

在這個(gè)反應(yīng)中還生成了一個(gè)中子，這個(gè)中子隨后會(huì)被摻在水里的鎘原子核吸收，鎘原子核在吸收了這個(gè)中子以后會(huì)處在激發(fā)態(tài)，然后它就會(huì)釋放出伽馬光子落回到基態(tài)。

兩邊的液體閃爍探測(cè)器同樣可以檢測(cè)到生成的這些伽馬光子，就更加確認(rèn)了是質(zhì)子和反電子中微子發(fā)生了反應(yīng)。

那實(shí)驗(yàn)結(jié)果是肯定的，中微子確實(shí)存在，但不知道為啥他倆的諾獎(jiǎng)一直到了1995年才頒發(fā)，這個(gè)時(shí)候柯溫都已經(jīng)去世了，錢不錢的都不是很重要，主要是人家在世的時(shí)候沒有享受到諾獎(jiǎng)的榮譽(yù)，這就有點(diǎn)可惜。

最后我們說下，為啥不直接叫中微子，而是要叫它電子中微子，因?yàn)橹形⒆右灿形兜缹傩?，它分為了三種，其他的兩種我們?cè)诤竺婢驼f到。

由于電子中微子在反應(yīng)中總是和電子相關(guān)聯(lián)，它就好像是電子的小弟一樣，所以就叫他電子中微子。或者你可以認(rèn)為它是電子味道的。

好，現(xiàn)在我們已經(jīng)知道了兩個(gè)輕子粒子，就是電子和電子中微子，他倆被稱為第一代輕子，后面我們還會(huì)說到第二代、第三代輕子。

那今天的內(nèi)容就到這里，下節(jié)課我們說中微子質(zhì)量的問題。