沃尔夫冈·泡利的假设

沃尔夫冈·泡利的假设

在多年的对天然放射性研究中，科学家们遇到了一些令人困惑的问题：在α衰变和γ衰变的过程中，释放出来的α粒子和高能量的光子，它们的能量数值不是连续变化的，而只能取一些分立的数值。这些可能的数值刚好等于原子核衰变前与衰变后两个状态的能量之差；可是在β衰变过程中，情况就完全不同了，所释放出的电子和正电子的能量都是连续变化的，能量最大值也刚好是原子核衰变前后的能量差，最小值为零。于是，人们自然会提出问题：电子或正电子的能量等于零，那么原子核衰变过程中，改变的能量到哪儿去了呢？难道在β衰变过程中，能量守恒定律不再适用了吗？我们大家都知道，能量守恒定律是自然界一条普遍的定律，自这条定律被发现以来，还没有发现任何有违背这条定律的现象。

α衰变和γ衰变与β衰变不同的实验结果，使当时的科学家们感到困惑不解。到了20世纪20年代，有些科学家甚至于对能量守恒定律产生了怀疑，认为它不再是自然界一条普遍适用的规律了；也有人认为，能量守恒定律至少是在β衰变中不再适用了；更有甚者，主张废弃能量守恒定律。

正当能量守恒定律面临着严峻挑战的危难之时，奥地利一位年轻的科学家提出了解决问题的办法。这位科学家就是沃尔夫冈·泡利，他于1930年12月，在给一位从事放射性研究的朋友的信中，提出了令人耳目一新的建议：“……我偶然想到一个挽救守恒定律的非同寻常的办法……这就是可能有一种电中性的粒子存在……假定在β衰变过程中，这种粒子与电子一同放出，这两个粒子的能量之和保持不变，那么，β衰变变得可以理解了。”泡利还进一步指出，由于这种粒子与物质之间的相互作用非常弱，以至于在实验中很难进行探测。

从泡利的建议不难看出，原子核在β衰变过程中，由于有电子（或正电子）与中性粒子同时出现，原子核衰变前后的能量差，在两个粒子之间进行分配，电子能量多一些，中性粒子的能量就少一些；或者相反。中性粒子的出现使得β衰变中能量连续分布问题迎刃而解，能量守恒定律“化险为夷”。因此，人们称赞泡利的建议是一个“天才的假设”。

泡利假设提出以后，引起了物理学界的普遍关注，许多科学家对这种新粒子开始进行研究。由于这种粒子质量几乎为零，又是中性的，为了与构成原子核的中子相区别，意大利著名的科学家恩里科·费米给这个中性粒子起名为“中微子”。

在泡利的中微子假设的基础上，费米建立了原子核β衰变的新理论。他明确指出：原子核在β衰变过程中，可以看成原子核中的一个质子，放出一个正电子后变成了中子，与此同时，有一个中微子放射出来；或者原子核中的一个中子，放出一个电子后变成了质子，同时放出一个中微子。由此不难看出，原子核β衰变的过程就是原子核内质子与中子相互转化的过程。这样，费米理论对于人们深入认识原子核衰变的奥秘有着十分重要的指导意义。

从中微子提出到现在，已有70多年的历史了。在这几十年间，人们通过大量的实验研究间接地和直接地证明了中微子的存在。中微子是一种非常稳定的粒子，它充满了自然界，也弥漫于宇宙中，它是宇宙线大家族中重要的成员。

目前，人们已经认识到的中微子有3种类型。伴随电子而产生的中微子叫做电子型的中微子，写做ν_e。如果在核反应过程中，有μ轻子产生，那么相伴随产生的中微子叫做μ子型的中微子，写作ν_μ。还有一种轻子被称为轻子，它是轻子中最重的一个，伴随它的产生而出现的中微子叫做τ子型的中微子，写作ν_τ。每一种中微子都有它的反粒子，共计3种。因此，如今人们认识到的中微子和反中微子共6种。