在接下來的10年中,3個新的太陽中微子實驗使中微子失蹤問題變得更加復雜。
由德國人緹爾?克斯坦領導的GALLEX實驗室和弗拉基米爾·格利鮑夫領導的SAGE實驗室分別用裝滿鎵的探測器來探測低能太陽中微子,發現低能中微子同樣存在丟失的問題。
另外,由戶塚洋二和鈴木洋一郎領導的超級神岡實驗使用了總共包含5萬噸水的巨大探測裝置對高能太陽中微子進行了更加精確的測量,令人信服地證實了戴維斯的實驗和神岡實驗觀測到的中微子丟失現象。
這樣,無論是高能太陽中微子還是低能太陽中微子都存在失蹤現象,只是丟失的比例不同。
2001年6月18日中午12時15分,由加拿大人亞瑟·麥克唐納領導的美國、英國和加拿大科學家組成的中微子實驗組宣布了一個激動人心的消息:他們解決了太陽中微子難題。
這個國際合作小組使用了1000噸重水來探測中微子。
探測器放置在加拿大南部城市薩德伯里地下2000米深的一個礦井中。他們用一種不同于神岡實驗和超級神岡實驗的新方法探測高能區的太陽中微子。這個實驗被稱為SNO實驗。
在SNO最初的實驗中,他們使用的重水探測裝置處在一種只對電子中微子敏感的狀態。
科學家們在SNO觀測到的電子中微子數量大約是標準太陽模型預言值的三分之一,而先前的超級神岡實驗不但對電子中微子敏感,還對其它類型的中微子也有一定的敏感性,所以觀測到的中微子數目大約超過了理論預期值的一半。
如果標準模型是正確的,則SNO的實驗結果應該與超級神岡的一致,即來自太陽的中微子都應是電子中微子。兩個實驗的結果不一致,表明描述中微子性質的標準模型有問題,至少是不完備的。
綜合SNO和超級神岡的實驗,SNO合作組不但確定了電子中微子的數量,還確定了來自太陽的三種類型的中微子的總量,結果與太陽模型的預言相一致。
電子中微子占所有中微子總數的三分之一。
這樣,問題的所在就清楚了:雖然在地面觀測到的電子中微子數量只占太陽中微子總數的三分之一,但是后者并沒有減少;丟失的電子中微子并沒有“消失”,只是轉變成了難以探測的μ子中微子和τ子中微子。
這個具有劃時代意義的結果發表于2001年6月,并且很快就得到其它一系列實驗的支持。
SNO合作組在他們的重水探測裝置上測量了全部3種高能中微子的數量,這在當時是獨一無二的。他們的實驗結果表明:大多數中微子都是在太陽內部產生的,產生時都是電子中微子。
到達地球時,部分電子中微子轉變成了μ子中微子和τ子中微子。
SNO實驗的關鍵在于對3種中微子總數的測量。正是由于確定了3種中微子的總量,物理學家才能夠不依賴于具體理論模型令人信服地解釋太陽中微子失蹤之謎。
……
“龐教授,你的意思是,通過太陽中微子實驗可以找到這種惰性中微子的存在?”
喬安華看著龐學林,皺眉道。