太陽中微子到哪裏去了

日升日落，這樣的景像人們可以說是司空見慣了。然而，太陽內部究竟是什麽樣子?恐怕沒有誰能夠真正說得清楚。因為，人們平常對太陽的觀測，不論用的是什麽手段，不論是可見光還是射電波、紫外線、X射線等，基本上隻能看到它的表麵和大氣中的一些現象。日震為我們提供了太陽內部的部分信息，但這種信息可以說非常有限，更為關鍵的是這樣並不能深入到太陽最核心的部分。

在這種情況下，中微子——這種物質結構中的基本粒子之一，向焦灼的科學家們伸出了寶貴的支持之手。

中微子是什麽樣的東西呢?它哪來那麽大的本領?

我們知道，小到紙張、鉛筆，以及塑料、橡皮、布匹等等，都是由無數分子組成的，而分子一般則是由兩個以上的不同化學元素的原子組成。譬如，我們生活中不可缺少的水，就是由2個氫原子和1個氧原子化合在一起組成的。

那麽，原子是由什麽東西組成的呢?是由比它還要小得多的基本粒子組成的。到目前為止，人類已經發現了好幾十種基本粒子，如光子、電子、質子、中子等，中微子是其中的一種。

中微子的存在早在20世紀30年代初就有人提出來了，20多年後從實驗中得到證實。中微子是一種性質很特別的基本粒子，它的質量小得不能再小，幾乎快接近於零了。它不帶電，也不與一般物質打“交道”，是個脾氣孤僻又很難跟它“對話”的家夥。

有意思的是，太陽中心在熱核反應過程中，能產生出大量的中微子，每秒鍾約200萬億億億億個。由於它們對別的物質概不理睬，因此就浩浩****迅速穿過。太陽內部各層，直奔浩渺的宇宙空間，而其中的一部分就直奔地球而來。

根據理論推算，每秒鍾、每平方厘米的地麵上大概落下600億個中微子——想想看，我們的頭頂上要承受多少中微子的襲擊呀!比雨點不知密了多少倍呢!不過，我們一點都不必擔心，中微子的質量實在是微小以至於可以忽略不計，所以我們不僅對它沒有絲毫的感覺，而且也不會受到它的任何傷害。

顯然，從太陽核心部分來的中微子，必然帶著核心部分的寶貴信息，而如此大量的中微子親I臨地球，向人類報告太陽內部的溫度、壓力、密度和各種物理狀況j這對人類來說，真是“踏破鐵鞋無覓處”的絕好機會。

“知道有大量中微子來到地球生，習F還是比較容易的，不過要想真正抓住它們，哪怕是隻抓住少數“代表”；可就不那麽容易了。為了排除一切幹擾，包括避免由宇宙線產生的中微子混進來“搗亂”，英國布魯克黑文實驗室的戴維斯等科學家，於1955年布置了一個特殊的陷阱，就像捕捉野獸那樣，等待中微子來自投羅網。

他們的陷阱是個大容器，裝下了39萬升(開始實驗時隻裝了3900升)、重600噸的四氯化二碳(C＼－2Cl＼－4)溶液。容器安置在一座報廢了的、在地麵下1500多米深的金礦礦井裏。這對中微子來說是無所謂的，因為它不會與別的物質發生作用，鋼筋水泥、銅牆鐵壁、上層岩石都擋不住它，它會輕而易舉地直接來到礦井，穿透容器壁，而與溶液發生作用。

從計算情況來看，大體上1800億億億億個氯的原子，平均可以在一秒鍾內抓到一個中微子，而溶液中大致有200多萬億億億個氯原子。這麽算起來，戴維斯等人布置的陷阱每天隻能落進去1．1個中微子，可說是不多。我們把一件很困難完成的事比作是大海撈針，而逮住中微子可是比大海撈針還要難得多。

結果怎麽樣呢?

經過10多年的探測，有了初步結果，“中微子被逮住了”的消息不脛而走，立即轟動了全世界。天文學家們為抓獲了直接從太陽核心部分來的物質而興高采烈，並寄予很大希望。可是，好景不長，戴維斯等很快發現，實驗結果與理論推算不符合。原本希望每天能捕捉到1．1個中微子，實際情況卻有很大出入。1973年的實測結果是每5天“捉”到1個中微子，有時候則是接連好幾天1個中微子的影子都不見。1978年得出的結果是，平均2．3天得到1個中微子。大體說來，中微子的實測值隻是理論值的1／3，兩者相差頗多。

戴維斯及其合作者對陷阱和實驗步驟的全過程做了反複的推敲和考察，認為容器、溶液和整個實驗工作是無可指責的。這意味著中微子理論確實出現了“危機”，這就是直到現在仍使科學家頭痛的中微子“失蹤”案。

可是很奇怪，太陽中微子究竟躲到哪裏去了呢?

迷惑之餘，人們也因此受到啟發，認為中微子的失蹤至少反映出三個方麵的問題：

1．也許我們對於太陽內部構造，處於特殊狀態下的物質性質，了解得太少了，甚至有嚴重缺陷和錯誤，應該重新掌握大量第一手資料，建立更加符合實際情況的理論模型。

2．也許我們已經建立起來的熱核反應的理論有問題，尤其是在太陽內部的具體條件下，中微子的產生理論和機製可能都有誤，需要重新考慮，也許就根本沒有產生出那麽多中微子。

3．對中微子本性的了解，對中微子在從太陽到地球的過程中某些性質是否會改變等，在認識上也許都還存在不少問題。

為了解釋觀測與理論之間的矛盾，科學家們從不同的角度提出的假說已達好幾十種。下麵是其中的幾個例子。

太陽內部重元素的含量，現在一般都定為2．5％，如果這個比例能降低到0．1％；如果太陽內部的自轉比表麵快得多，中心部分的自轉比表麵快兩倍；如果太陽核心部分的磁場特別強；如果太陽中心有個半徑隻有幾厘米而質量達到太陽的十萬分之一的微型黑洞；……太陽中微子的理論值就會比現在所認為的小得多，它就能與觀測值比較符合。

這類假說還可以舉出一些，但是，不管情況究竟怎麽樣，是否有點道理，所有這些給人總的感覺就是：假說都是為了適應觀測值的需要，而特意生搬硬套地“製造”出來的，不能解決什麽根本問題。

有人將太陽中微子的“失蹤”，跟太陽耀斑聯係在一起；也有人認為，太陽中微子流的數量隨時間而變化，可能與太陽活動存在著一定的關係。

有人認為太陽的組成成分、中心溫度．與傳統的認識也許有所不同，正是這些因素影響著中微子數目的多少。

有人指出，應該重新測定中微子的質量，也許能從這裏找到中微子“失蹤”案的答案。幾乎已成定論的太陽核心熱核反應過程，也許事實上並不完全正確。再說，中微子從太陽飛到地球的8分多鍾時間內，在奔走了15000萬千米之後，它本身會不會表現出“疲勞”而變得“衰弱”些呢?

總而言之，已經提出來的假說真是五花八門，但都不成熟。看來，最好的辦法莫過於繼續加強觀測和實驗，進一步搜集和掌握更多的有說服力的第一手資料。

戴維斯的實驗沒有取得預期的結果。他失敗了，但並沒有灰心。他準備建立一個靈敏度更高的“陷阱”，以便用來捕捉更多的中微子。日本神岡的中微子監測器已開始運轉了好幾年；蘇聯北高加索地區匹克桑河床下麵的地下實驗室正在進行一項非常重要的實驗，它能探測到的中微子範圍比前麵介紹的美國和日本的要廣得多；意大利羅馬附近大薩索山地下實驗室和加拿大布置在深2000多米鎳礦井中的中微子實驗室，也都分頭積極進行各具特色的實驗。

我們相信，總有一天太陽中微子之謎會被揭穿，“失蹤”案最終會水落石出。