中微子及其猜想

□郭俊昌

中微子及其猜想

□郭俊昌

中微子目前已被认为是暗物质中的一种，暗物质与暗能量被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题，它们代表了宇宙中90%以上的物质含量，而我们可以看到的只占宇宙总物质量的10%不到。这是宇宙中一些不为人知的秘密……

目前我们所熟知的一类静质量可能为零的粒子是中微子，另一种已经确定其质量为零的粒子是光子。我们对中微子的了解少之又少，人类开始研究它仅仅几十年，由于它难以观察，所以直到上个世纪人们才发现它。

我们在验证相对论的时候，通过加速电子，使得电子达到某一速度，然后测量此状态下电子的质量，结果发现电子质量增加了几千倍，这也就验证了相对论中关于高速度下物质质量的变化规律的阐述。

但是，在这个世界上究竟有没有这样一类粒子，仅仅质量不同而其他性质均一样呢？显然没有。如果将电子质量增加，那么外界就需要不断地向电子传递能量，以保证它的速度以及它的质量，所以只有当一种粒子静质量为零时，才有可能产生这样一类粒子：它们互相之间仅仅质量不同。

光子，是我们比较熟悉的一类静质量为零的粒子，我们计算光子的能量有两种公式：E=mc2=hv，其中h为普朗克常量，v为光子频率，m为光子质量，c为光速，由此两个公式我们可以求出光子的质量m=hv/c2，可见光的波长范围是390～780nm ，波长最短的是紫光，其次是蓝光、青光、绿光、黄光、橙光、红光，根据光子动质量的公式，那么它们会不会是一种不同质量的同一性质的物质——光子？

所以，我们可以猜想：有没有一类仅仅质量不同，但其他性质均相同的粒子存在于我们的世界中呢？

生活在正物质世界的我们总受到身边实际的限制，所以直到上个世纪人类才提出反物质的猜想。事实最终证明，这个世界存在反物质，人类在上个世纪已经制成了反物质，这足够证明了反物质的存在。

那么，我们可以通过建立二维坐标将所有的物质分为三类：一类是正物质，一类是反物质，还有一类既非正物质也非反物质，比如光子。光属于电磁波，它既能在反物质世界存在，也能在物质世界存在，它的反物质就是它本身。

所以说，如果存在一类仅仅质量不同而其他性质均相同的粒子，那么它们必定没有正反物质之分。

中微子是一种很神奇的物质，人类是最晚发现它的，所以对中微子的了解少之又少。有人会认为很难测定出它的存在，其实不然。太阳内部的热核反应在不断地产生大量中微子，并向四周辐射。标准理论预言，在由四个质子（P）转变成一个氦原子核的过程中要释放两个中微子。

据此可以推算，太阳中微子抵达地球表面时,每平方厘米每秒钟约为660亿个。由此可见，它无时无刻都在穿过我们的身体，但我们却毫无感觉。一年内到达地球的太阳中微子的能量为：1790万亿亿焦耳，这个能量是地球每年以火山、地震和地表热流等形式消耗能量的167倍。

所以，只要有百分之零点几的中微子被地球吸收，就足以为地球的各种演化提供能量。中微子地球演化说认为，太阳中微子进入地球后，将与地球物质发生一系列复杂作用。

快中微子或者说高频率的中微子反应截面较小（不易与物质作用），当中微子被减速，其运动速度（或频率）慢到与原子核内的中微子相近时（此时中微子就变成了热中微子），它便更容易参与反应（弱相互作用）。因此，太阳中微子进入地球，经过一定物质散射、减速，频率变低或速度变慢的热中微子，便与地球物质反应，提供地球演化的能量。

中微子地球演化说不仅较好地解释了板块的运动、地磁的形成和磁极的漂移、地球内部圈层构造等一系列地球演化现象，而且还能够应用到其他行星和卫星中，解释一些我们认为神秘的天体运动现象。

我们至今不是非常确定：几种中微子是同一种实物粒子的不同表现，还是不同性质的几种物质粒子，或者是同一种粒子组成的差别相当微小的具有不同质量的粒子，所以我们可以将此猜想放在光子以及中微子上进行讨论。

先说中微子，它的自旋为1/2，光子自旋为1，因此它还是有别于光子的，目前实验找到两种中微子Ⅴe和Ⅴμ，1975年发现了τ粒子，但还未发现相应的第三种中微子，会不会有第三种τ轻子数守恒尚待证实。

除τ粒子外,前二类轻子（e、Ⅴe和μ、Ⅴ）的性质已有较充分的研究,它们的性质非常类似，仅质量有很大差别，这也就让人们开始疑惑：几种中微子是同一种实物粒子的不同表现，还是不同性质的几种实物粒子，或者是同一种粒子组成差别相当微小的具有不同质量的粒子，所以在此我们就可以有充分的理由大胆猜想：几种中微子是同一种粒子组成差别相当微小的具有不同质量的粒子，而且目前人类发现的反中微子仅仅自旋和轻子数相反，其反中微子定义也与其他反粒子的定义完全不同。

因此，在这类光速飞行粒子中，我们认为它们没有正反物质的本质区别，继而我们可以初步认为：有这么一类粒子，它们互相之间仅仅质量不同而其他差别相当微小。如果说中微子没有静质量，那么根据光子此类物质的性质判断，可有如下猜想（以下讨论只限于真空）：

——电磁波谱中的频率高于无线电波的光子应当是一类速度相同，频率不同的粒子。

——电磁波谱中无线电波一类的粒子应当属于场物质，它的质量与光子相同，它俩就相当于气态水与液态水一样，无本质差别。

——高速运动的粒子的自旋由速度决定。

——中微子是一类不同于光子的高速飞行下的粒子，它与光子的本质区别在于速度不同，但由于中微子的频率由其发出物决定，所以中微子的频率范围没有光子频率的分布广泛，从而限制了中微子的频率，导致在中微子这一类物质中只有三种中微子，而它们互相之间只是质量的差别。

——这类物质的速度不会远小于光速，而应当只是接近，同时也不会超过光速，即光子是这一类物质中速度最高的物质。

——这类粒子不带电，静质量为零，不吸收也不反射电磁波，很有可能是暗物质的构成部分。

——这类粒子在高速运动下拥有动质量，所以会产生引力作用。

我们目前只发现了自旋为1/2、-1/2的中微子和自旋为1的光子，如果存在自旋为-1的光子，它的其他性质也将和光子一样，仅自旋方向不同而已。因此，在这类粒子中，没有绝对的正反粒子之分。如果依此类推的话，应当还存在一些自旋数不同于光子、中微子的高速粒子，比如说自旋为0等的一类高速粒子。

这些仅仅都是通过光子与中微子的一些性质推演而来的，中微子目前已被认为是暗物质中的一种，暗物质与暗能量被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题，它们代表了宇宙中90%以上的物质含量，而我们可以看到的物质只占宇宙总物质量的10%不到。所以，研究中微子也许就是我们打开这个困扰科学界几十年的钥匙，也许正有这么一类粒子等着我们去证实，去探索发现。

唯有如此，才能真正了解到宇宙中一些不为人知的秘密。