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王淦昌与中微子的早期研究

时间:2009-7-24 13:44:46  来源:不详
他对介子衰变的研究,在后来中微子的研究中,也被证明是具有远见的。五十年代和七十年代,科学家通过介子衰变的研究,相继发现除电子型中微子外,还存在μ型中微子和π型中微子等,应该说,王淦昌先生的工作,也是功不可没的。
需要特别强调的是,在这篇论文中,王淦昌还预言了用裂变来探测中微子,这是又一个全新的思路。在此之前,人们都只寻找轻的放射性元素,通过观察其反冲来验证中微子的存在,并没有考虑利用重核裂变的可能性问题。王淦昌在这篇论文中首先提出:
“除此以外,某些能连续地释放出很快的β射线的核裂变可能也是有用的。”
王淦昌的这一观点,具有极强的创造性和科学预见性,深刻地指明了进一步研究中微子的道路和方向。大家知道,中微子是基本粒子家族中唯一的只有弱相互作用,而没有电磁相互作用和强相互作用的基本粒子。实验证明,中微子的平均自由程λ≈4.7×10[14]公里,换句话说平均一个中微子要穿过一千万万个地球才会与其内的一个原子核发生一次作用。这使人觉得直接探测中微子是不可能的。因此科学家们以往都认为“探测中微子的唯一实验方法就是探测辐射中微子的放射性衰变的反冲核。”但王淦昌的这一观点反过来揭示出,若有一千万万个中微子穿过一个地球时就会发生一次核反应,当我们通过用极快的中微子束,使极多的中微子穿过探测器,就能在较短的探测器中发生核反应而探测出中微子。例如一个装满水的探测器的长度为10厘米,当有5×10[18]个中微子通过该探测器时,就有一个中微子能够在探测器中产生核反应。要产生如此强的中微子束,王淦昌指出可以通过核核裂变的方法来实现。从而使直接探测中微子在理论上成为可能。
1947年,王淦昌在《科学世界》上发表了一篇综述文章:《各种基子之发现及其性能》[(14)]。这是当时国内权威的有关基本粒子的研究论文。文中对质子、中子、正介子、中介子、负介子、正电子、负电子及中微子和尚未发现的反质子全面深入地进行了探讨。还深入论述了反中微子的存在及其性质,指出:“依理论言之,微中子倘果存在,则反微中子亦应存在,其相互关系,恰与负电子与正电子然。惟因彼等皆系中性,其性质遂不如负电子与正电子之可以区别。”
1950年,王淦昌在《科学世界》发表论文《微中子问题的现阶段》[(24)],这是范旭东先生纪念奖论文,王淦昌更全面、系统地论述了对中微子问题的研究,并肯定中微子与物质间的作用是很弱的。指出:“我们目前的实验方法,尚不能足以测出微中子与一切物质的相互作用。……无论如何υ与物质的作用是很异乎寻常的小,是毫无疑问的。”
罗德拜克(G.W.Rodeback)和阿伦在1952年用气体样品飞行时间做了A[37]的轨道电子俘获实验:
A[37]+e[,k]→Cl[37]+υ占93%
A[37]+e[,L]→Cl[37]+υ占7%
这个实验在世界上第一次发现单能的反冲核。Cl[37]反冲能量的实验值与理论预言研究完全符合。预言Cl[37]的飞行速度为0.711±0.04厘米/微秒,测得速度峰值为0.74厘米/微秒。[(25)]
在上述实验发表了一个多月之后,戴维斯发表了他的Be[7]K电子俘获实验结果。他测到Li[7]的反冲能量为55.9±1.0ev,理论预言为57.3±0.5ev,实验值与理论值很好相符。[(26)]
在美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯科学实验室。由柯万和雷尼斯领导的物理学家小组,从1953年开始利用南加州萨凡河上的一座核反应堆,通过核裂变产生的强中微子束来作粒子源,把它吸收到靶上来验证中微子。此反应堆每秒可产生10[18]个反中微子,靶为水中的质子,其反应过程为:+p→n+e[+]
经过五年的努力,1956年,他测到最大反中微子的信号率为每小时2.88±0.22个反中微子。即每小时俘获3个中微子。雷尼斯和柯万及其合作者测定出如下截面:
O[exp]=(11±4)×10['44]cm[2]而理论预期的截面值约为10×10['44]cm[2],实验结果与理论符合得很好。[(27)]
1956年6月15日,泡利收到雷尼斯和柯万的电报:“现谨奉告:通过观察质子的逆β衰变,我们已经确定地从裂变碎片中观测到中微子,测得的 截面面积和预期值符合得很好。”泡利当晚高兴地复了电:“得到电,甚感,知道如何等待的人会等到每一事物。泡利。”[(28)]
经过实验物理学家长期艰苦、深入的一系列研究,最终确认了中微子的存在。A.C达维多夫精辟地指出:“基于中微子假设的β衰变理论的成就,以及对于β衰变时核反冲研究的实验结果和中微子在核子上的直接相互作用的实验都给予这个假设以充分的理论根据,因此中微子的存在的现实在今日已不引起任何怀疑。”[(29)]
王淦昌对验证中微子所做的历史性贡献,是现代中国科学家

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