中微子|基本粒子12｜β衰变能量丢失之谜，中微子是如何被发现的？探测器|物理学家

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现在伸出手掌，每秒种会数以百亿计的中微子穿过你的手掌，但是你完全感觉不到它们的存在，这是为啥，因为它们像幽灵一样，从来不会和你的手掌发生任何形式的相互作用。
你的手掌在中微子的面前完全就是透明的，不光是你的手掌，整个地球对中微子来说，也是透明的，中微子可以毫不费力地穿过地球，不会受到任何影响。
【中微子|基本粒子12｜β衰变能量丢失之谜，中微子是如何被发现的？】
据说是，你想要挡住一个中微子，至少需要3光年的铅块，所以问题来了，中微子和其他物质的作用力这么弱，我们是如何发现它的？那最关键的问题是，我们在没有发现中微子的时候，是如何知道世界上有这么个东西？
其实知道中微子的存在并不难，而且是一件非常自然的事情，你看，是这样的， 1896年的时候人类就发现了元素的放射性，很快卢瑟福就发现，放射性有两种，一种是α粒子，一种是β粒子。
没过多久，人们就确认了β粒子就是电子，到了1912年的时候，化学家索迪就提出了一个元素的位移定律说的是，一个放射性元素在释放出一个β粒子以后，就会从元素周期表中向后移一个位置。
到了1913年的时候，物理学家莫斯莱就测量了核电荷数，才解释了索迪的位移定律，其实就是原子核放出了一个电子以后，多了一个正电荷，所以就变成了相邻的下一个元素。以上的所有内容在我之前的视频中都讲过了。
下面我举个粒子，比如说氚，这是氢的一个同位素，现在我们知道，他的原子核里面有一个质子和两个中子，当一个中子经历β衰变以后，就会射出一个电子变成一个质子，然后原子核就会变成了两个质子和一个中子，这其实就是氦3原子核。
虽然当时人们还没有发现中子，但是已经可以简单地理解β衰变的过程了，就是原子核释放一个电子，多了一个正电荷，然后变成了其他元素。
但是人们就发现了问题，在β衰变的过程中，释放出来的电子的能量，也就是他所携带的动能，不是确定的，而是一个连续的能量谱，有一个最小值和最大值。
这一点就非常的奇怪，就拿上面的氚到氦3的衰变来说，氚释放出来的电子的动能最小值是0 ，最大值是18.6Kev ，没有超过这个最大值的电子，不过大多数的电子的动能处在2~4Kev这个区间。
这个现象的奇怪点在于，每次释放出来的电子的能量不一样，但是我们又知道氚的原子核和氦3的原子核的基态能量是确定，所以从氚到氦3的转变应该会释放出一个动能确定的电子。
但是实验测量出来的电子的能量却是连续的，这在当时把所有人都难住了，按照一贯的操作，当时物理学家解决这个问题办法就是否定能量守恒定律。这就是当时玻尔的想法。
有一件事就特别奇怪，前文我们也说了，居里夫妇在研究铍射线的时候，当时也怀疑了能量守恒定律，这让他俩错失了中子的发现，现在玻尔也在怀疑能量守恒定律，这又错失了一个新粒子的发现，貌似物理学都不喜欢假设有新的东西，总是喜欢怀疑已有理论是错的，这一点比较奇怪。
好，我们接着说氚到氦3的β衰变，在这个过程中电子动能的最大值是18.6Kev ，但是大部分情况下，电子的动能都要小于这个值，那问题是还有一部分能量去了哪里？这就是β衰变中能量丢失的困难。
其实不光是能量丢失了，粒子的角动量也丢失了，你看，这中子的自旋是1/2 ，现在它变成了一个质子和电子，这两个自旋也是1/2 ，结果总自旋不是0就是1 ，不可能是1/2 ，所以角动量也不守恒了。
从角动量这点可以看出，在β衰变的过程中应该还产生了一个自旋为1/2的粒子，由于它对电磁作用没有反应，所以可以断定它是一个中性粒子，从电子的能量谱可以看出它的质量极其微小，甚至质量是0 ，这就是1931年泡利对中微子的预言。