中微子存在的间接验证

中微子的性质很独特,它不带电,不能引起电离效应,不参与电磁相互作用和强相互作用,所以很难观测到它的踪迹。它很稳定,要观测到必须通过它与物质的相互作用。

1933 年,埃利斯和莫特(N.F.Mott)分析了 ThC 衰变为 ThD 的两个分支,提出与泡利一样的假设。

1934 年,亨德森(W.J.Henderson)利用磁聚焦的方法测量 ThC 和ThC"的β连续能谱的上限,发现β曲线的上限急剧中断,与泡利预计的相符。

1938—1939 年间,克兰(H.R.Crane)和哈尔彭(J.Halpern)用云室观察放射性元素 38Cl 和β衰变,从观察到的电子在磁场中的偏转和核反冲的径迹,估算原子核的能量和动量,数据表明在衰变中存在第三个粒子。

在探测中微子历程中,我国物理学家王淦昌作出过突出的贡献。1941 年,王淦昌从抗战中的中国后方向《物理评论》投寄论文,题为《关于探测中微子的建议》①。他分析了克兰和哈尔彭有关β衰变中核反冲的实验后,认为由于反冲原子的电离效应太小,有必要用不同的方法来探测中微子。他指出:“当一个β+放射性原子不是放射一个正电子而是俘获一个 K 层电子时,反应后的原子的反冲能量和动量仅仅取决于所放射的中微子,原子核外电子的效应可以忽略不计。于是,只要测量反应后原子的反冲能量和动量,就比较容易找到所放射的中微子的质量和能量。而且,由于没有连续的β射线放射出来,这种反冲效应对所有的原子都是相同的。”他还建议以 7Be 为实验样品,通过 K 俘获的两种不同过程得到 7Li 的反冲能量。

文章发表于 1942 年。同年艾伦(J.S.Allen)就按照王淦昌的方案测量了 7Li 的反冲能量,取得了肯定的结果,但由于所用样品较厚以及存在孔径效应,没有观察到单能的 7Li 反冲。后来,又有几起实验均未获成功,直到 1952 年,罗德拜克(G.W.Rodeback)和艾伦的 37Ar 的 K 俘获实验才第一次测出 37Cl 的单能反冲能。同年戴维斯(R.Davis)测出7Li 的单能反冲能量,与王淦昌的预期相符,间接地得到了中微子存在的实验证据。