太阳的故事 (九)

除了自己的无知，我什么都不懂。－苏格拉底

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太阳的故事 (九)

- 卢昌海 -

九. 细小的粒子　巨大的谜团

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注释

这里所说的 “反应产物中有一个电子或正电子” 的核反应过程是指当时人们正在积极研究的重原子核的 β 衰变，那种反应过程中的能量异常现象其实更早些时候就被注意到过，但直到二十世纪二十年代末，随着其它可能性被陆续排除掉，才真正威胁到了能量守恒定律。另外要说明的是，那些实验所导致的只是中微子的提出，包括正电子在内的反粒子概念的提出则是出于其它原因，时间上也更晚一些 (感兴趣的读者可参阅拙作反物质浅谈)。
中微子直到 1956 年才由美国物理学家考恩 (Clyde Cowan, 1919-1974)、莱因斯 (Frederick Reines, 1918-1998) 等人所发现。莱因斯因此而获得了 1995 年的诺贝尔物理学奖 (考恩不幸已经去世)。
确切地讲，这只是现阶段的主要反应模式。在后文中我们将会看到，当太阳步入 “晚年” 后情况将会有所变化。另外要说明的是，参与反应的两个电子的参与方式有不止一种：主要的方式是与反应产物中的正电子湮灭；稀有的方式是直接参与反应，那样在反应产物中就不会有正电子 (因为电荷已经平衡了)。
这个估算也请读者自己去做。不过要提醒的是，这个估算是有系统误差的，感兴趣的读者请思考一下，什么因素会造成系统误差？它会使估计出的中微子数量偏大还是偏小？
他所得到的这一上限为 40000 SNU。 SNU 是所谓的太阳中微子单位 (Solar Neutrino Unit)，它描述的是中微子探测器探测太阳中微子的能力。一个 SNU 表示每秒种每一万亿亿亿亿 (10³⁶) 个探测器原子可以俘获一个太阳中微子。
有读者也许会问：我们前面不是已经很轻松地计算出了太阳中微子流量吗？何必还要什么专家呢？答案是：我们计算的只是太阳中微子的总量，对实验探测来说重要的不是总量，而是中微子数目随能量的分布，因为各个探测器所能探测到的中微子能量范围各不相同，在不同能量上的探测灵敏度也各不相同。中微子数目随能量的分布与太阳内部各种核聚变反应的相对比重等各种复杂因素有着密切关系，是非常困难的理论问题。
这一点从两者所能俘获的太阳中微子流量的大小可以看出。 Homestake 实验所能俘获的理论流量约为 8 SNU，而以 ⁷¹Ga 为探测物质的探测器所能俘获的理论流量高达 130 SNU 左右。
由于对太阳中微子流量的理论计算存在几种彼此接近，但互不相同的结果，因此视所用理论结果的不同，不同文献给出的实验与理论的比值存在一定差异。
其它几种探测器之所以做不到这一点，是因为它们反应产物的半衰期长达十几或几十天，等到人们能通过反应产物的衰变来确定反应的发生时，有关反应的细节信息早已不复存在了。

二零一零年九月三日写于纽约
二零一零年九月四日发表于本站
https://www.changhai.org/

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网友讨论选录

网友：星空浩淼 (发表于 2010-09-04)

好文章，很长见识。这个系列的开始，是通俗科普，到了后来，就成了专业科普了，涉及到的知识有一定的深度与专业性。
来自 38.121 的游客 (发表于 2010-09-04)

谢谢。这个科普文章系列写得都很好，越看文章就越有兴趣。
网友：海森堡 (发表于 2010-09-04)

卢老师的这个系列太吸引人了，太阳对我们来说如此熟悉，而内部的秘密又如此的多。
网友：快刀浪子 (发表于 2010-09-06)

精彩，像侦探小说一样，要侦破太阳的秘密。
网友：龙珠雷达 (发表于 2010-09-07)

太好了，后面想必要讲中微子振荡了。正好感兴趣想知道其中的一些细节，比如对标准模型的某些修改可以为中微子添加质量。期待下一节……

确实，越写越偏离科普了。
卢昌海 (发表于 2010-09-07)

“越写越偏离科普了”——靠！这种话要是被编辑看见了，这书还出不出了？今后这种评论要用 Morse 密码发！这个系列不会讲技术细节，以后要越来越科普……
来自 38.121 的游客 (发表于 2010-09-14)

故事很精彩。作者卢先生应该是最好的中文科普作家之一。在科普这方面，美国做得很好，有许多科普作家，例如 George Gamow；也有科普杂志，例如 Scientific American。另外， NASA 等专业科研机构设立了许多精美的科普网页。

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