中等能量的光子和物质相互作用

太阳中微子之谜

导致恒星发光的核聚变反应的结果之一，是产生出叫做中微子的亚原子粒子。例如，太阳当其核心的氢聚变为氦时，就产生出中微子。因此，证明在太阳内部存在核聚变反应的途径之一，便是计数所释放出来的中微子数。

中微子是“声名狼藉的狡猾的动物”，捕捉中微子非常之困难。它们极少与其他粒子发生作用。要停止一个中微子的运动需要厚达1光年的铅。但人们坚持要弄清它们的性质，想方设法来捕捉这些幽灵般的粒子。20年来，在美国南达科他州霍姆斯塔克废矿井深处安置了一个大桶，里面储存着38万升全氯乙烯（C₂Cl₄）的纯净液体来进行探测中微子的实验。该实验的原理是：从太阳释放出来的为数众多的中微子，其中的一些必然要与其他物质起作用。

当太阳中微子射入上述液体后，将其中的一些氯转变为放射性的氩。科学家们可以从记录到的氩的数量推断出太阳发射了多少中微子。然后，将这个数目与理论预期值比较。

但事实是，太阳核聚变模型所预期的中微子数比实际探测到的要多得多，被探测到的太阳中微子大约只有所企盼的1/4。长期以来，假定中微子的质量为零——因此，它不能衰变为其他粒子——研究人员难以解释上述矛盾。

然而，近来美国洛斯·阿拉莫斯实验室的一物理小组的实验，测定出中微子有一个小而非零的质量。如果确实的话，则这一发现将能解释上述理论值与实测的中微子计数之间的矛盾：太阳内部产生的中微子中，有一些在到达探测器以前便衰变了。一个长时间的谜团看来有可能被解开。

在此，我们必须区分一下两种不同类型的恒星：星族Ⅰ星和星族Ⅱ星。这两类星是按它们的相对年龄来区分的。后者比前者要老得多。也可以从它们所在天区的位置来区分。我们银河系的外形像一个飞碟——一个平坦的盘围绕着中心核球，星族Ⅰ星主要分布在银盘内，星族Ⅱ星大多位于星系的中心核球和包围着此核球的银晕中。

说到星族Ⅱ的星，要回溯到宇宙的早期阶段。当宇宙充满着氢和氦的气体时，这类星就已出现了，它们的体内几乎不含重元素。它们辐射出来的能量来源于氢和氦等轻原子核的聚变反应。到聚变物质耗尽时，这些星就不再发光了。

星族Ⅱ的星死亡时，它们的物质散布到空间。这些尘埃的一部分最终合并到新形成的星族Ⅰ星中。宇宙中的物质就是这样死而复生地往复循环着。

虽然星族Ⅰ星中的大部分物质是氢和氦，但它们也含有重元素（比氦重的元素），约占其质量的1～2%。这些较重物质是从恒星收集来的较轻元素聚变产生的。太阳是星族Ⅰ的一员，它体内就含有曾经属于前一代恒星的物质。

太阳将如何度过其晚年呢？现代天文学的研究认为，几十亿年后，我们的母亲星将比现在燃烧得更猛烈，也亮得多。这将消耗它越来越多的核燃料，直到剩下不多原有的氢。然后，在未来的某一时刻，太阳核心的一切核反应都将停止。

一旦太阳进入其“后原子核”时期，它将实际上分为内、外两个不同的区域。这两个区域由下列情况来区分，不再有较多的氢燃料遗留在内区，但还有少量的氢遗留在外区。很快，内区的核火不再燃烧，在其自身重量的影响下坍缩，最后收缩为一个小而热的、致密而暗淡的核。外区的命运则相反，成为一个物质松散地联系在一起的气体球。内部区域收缩时产生的激波将向外越过死亡中的星球，将太阳的外层物质向外推，越推越远。外包层迅速膨胀，在短时间里胀大几百倍，与此同时冷却下来，温度下降几千开。

最后，太阳将成为一颗冷而亮的红巨星，其体积将扩大到占有地球绕日轨道以内的整个空间。它发出的辉光在几千光年以外都能目睹。这一状态将维持几百万年，在此期间逐渐将其外围的物质抛洒到空间。等到太阳外层的气体一点也不剩的时候，剩下的只是炽热的白色的核，太阳乃成为一颗白矮星。核将收缩，发射完了它仅存的能量后，寿终正寝。