雖然中微子和物質的相互作用非常微弱,但中微子的數量,卻一點也不少。
就目前的了解,已經知道有三種中微子。
分別是和電子相聯系的電子中微子Ve,和μ子相聯系的μ子中微子Vμ,和τ子相聯系的τ子中微子Vτ,以及它們各自的反粒子。
只不過,除此之外,到底還有多少種中微子,是人們所不了解的。
中微子的一個性質是它們的靜質量。
理論上,中微子的靜質量可能不等于0,而有一定的值。
但實驗上,只知道中微子質量的上限值,卻還沒有人能準確地測出中微子質量的值。
舉個例子,電子中微子,只有一個實驗組給出了質量不等于0的結果。
而其他實驗組,都只給出它們質量的上限值。
因此,由于結果的不一致,關于中微子質量的定論,始終沒有。
而近年來,人們對于是否存在重中微子的問題,有許多猜測和議論。
許多物理學家認為在弱相互作用中出現的中微子,包括參與原子核β衰變的電子中微子和伴隨μ子衰變的μ子中微子,實際上都是一種稱為輕中微子的V1,和另一種稱為重中微子的V2的混合。
V1值得就是它們的質量很小,接近于0。
V2則是指它們質量較大。
而這種輕中微子和重中微子混合的這種假象,正成為當前物理學家們活躍研究的課題。
如果確實存在這種混合,那么怎樣用實驗直接證實它呢?
答案正是測量和分析原子核β衰變和β射線能譜。
此外,輕中微子和重中微子的混合,會引起中微子振蕩現象。
也就是弱相互作用中微子的性質,會在傳播過程中發生振蕩式的變化。
根據以往的實驗來看,原子核β衰變發生的β射線,具有連續的能譜。
把能譜中β射線的強度,作一函數變換后,對β射線的能量進行茍里標繪,會得到一條直線。
但是,如果在β衰變中,存在輕中微子和重中微子的混合,而且發生β衰變的原子核,能量足以發生重中微子。
那么,β能譜將包括發射輕中微子成分的能譜,和發生重中微子成分的能譜兩部分。
根據輕中微子和重中微子的混合百分比,也就是混合強度,這兩部分的能譜各占一定比例。
就會造成,由于總的β能譜是兩部分的疊加,這是茍里標繪,就不再是一條直線了。
這就是說,如果存在輕中微子和重中微子的混合,β能譜在相應于發生重中微子的能量處,茍里標繪上,將會出現一個轉折。
因此,測量和分析β能譜的形狀,就可以發現重中微子的存在。
此外,可以由這個轉折出現的能區,確定重中微子的質量,由這個轉折的大小,確定重中微子混合的程度。
最早在1985年,加拿大實驗物理學家辛普森用測量和分析氚原子核β能譜的方法,來尋找重中微子。
通過這次的實驗,辛普森宣布,在氚的β衰變中,發現了質量為的重中微子,其混合強度為3%。
辛普森隨后于哈佛大學進行了該項實驗的報告會。
也引起了到會物理學家們很大的興趣。
只是,辛普森的實驗,有許多細節問題,是解釋不清的。
舉個例子,辛普森是用測量低能β能譜的辦法,來尋找重中微子的。
但我們都知道,在測量低能β能譜時,嚴重的問題是,實驗中低能β能譜的畸變。