神秘的中微子：什么是太阳中微子消失之谜？

太阳这颗中年主序星正处在一种缓慢演化的平衡状态中。在这一状态中，太阳内部的高温气体所施加的压力平衡了气体质量所带来的自引力。这一演化的动力来自于恒星辐射能的消耗,而在太阳核心中又以光反应、核聚变反应的形式来不断加热太阳内部的气体，补充由于辐射造成的能量损失，即通过缓慢的结构性调整来补偿熵和组成物质的变化。

我们不能直接对太阳核心进行观察，因为一个光子的平均自由程即不发生吸收或者散射的路程是非常短的。以至于辐射扩散要花费大约一千万年。简而言之，太阳中心产生的能量被光子运输，花费大约一千万年才能到达太阳表面。但是太阳中的质子质子反应 Ⅰ（pp1)能够产生一个中微子：

PP1: p + p--->D + 正电子+中微子（0.26兆电子伏）

这个中微子是能够被直接观察到的，因为它与普通物质相互作用的横截面是如此的小（0.26兆电子伏是这一中微子携带的平均能量）。本质上来说所有的中微子都会逃离太阳。当然，这一性质也使得探测中微子变得困难。戴维斯和他的合作者设计的第一个实验在地下放置了一个很大的装满氯乙烯溶液的钢箱，而这只能探测到来自于太阳核聚变侧链的能量更高的中微子。

PP2: 铍+电子---->锂+中微子（0.8兆电子伏）

PP3: B---->铍+正电子+中微子（7.2兆电子伏）

之后，“镓莱赫”实验使用一种镓溶液探测系统，观察到了pp1反应产生的中微子，第一次确认了太阳中的质子质子聚变反应的存在。

然而，这里也存在一些分歧：

1，最广为人知的是，“太阳中微子问题”首先指的是每一个实验测量到的中微子都存在短缺。根据不同的实验误差，有大约三分之一到三分之二的中微子本来被认为可以观察到实际上却没有。在“镓莱赫”案例中，本来预计会观测到120个单位，实际上却只观测到80个单位，这一差异有关两种标准差。

2，第二种太阳中微子问题来自于对不同观测者观测到的太阳中微子数量进行的比较。日本神冈探测器通过与高纯度水的相互作用来探测中微子，而戴维斯的实验使用了氯化物。人们可以使用神冈探测器的观察结果来预测戴维斯的实验可以探测到的中微子数目，而观察到的数目只是预测到的数目的百分之八十。

3，第三个问题产生于对不同的探测进程所能探测到的中微子数量进行的比较。在描述这一事实即镓实验只看到了pp3过程产生的一小部分中微子之后，在镓实验中探测到的中微子数量可以与pp1以及pp3过程预测的数量进行比较。观察到的数量与预测的数量一致，而这意味着pp2过程没有产生任何中微子。

这些不同程度存在的短缺存在两种解释：（1）太阳核心的温度比我们想象的要低一点或者（2）在中微子挣扎着奔向地球的一亿五千米旅程中发生了什么事情。

除此以外还存在第三种可能即太阳的中心温度在一千万年内经历了张弛震荡，不过由于可靠机制的缺乏，这一替代理论并被没有被认真对待。

（1）核聚变反应率在温度的作用下会变得更为强烈，因为粒子会比常温时运动的更快。的确，将标准太阳模型的温度降低6%就能够解释“镓莱赫”实验，巴考尔就发表过一篇文章认为根本不存在太阳中微子问题。然而，太阳地震学家们观察到由于穿过太阳的压力波，在光谱线强度上存在细微振荡，他们认为降低太阳模型温度是不被这一观察结果允许的。

（2）MSW机制被提了出来（这一机制由提出这一机制的三位研究者的首字母命名），在这一机制中，中微子之间进行相互作用，周期性的转变成电子中微子，μ中微子和τ中微子。在这里，我们只预期观察到整体的一部分，因为在实验中只探测到了电子中微子。（根据这一理论的细节所探测到的这部分并未恰好1/3）。修正这一理论的努力还在实验室里继续进行着。这一MSW现象，也叫做“中微子振荡”，这要求这三种中微子有限定的不同质量，这而也是未经证实的。

还存在两种解释：（1）热量平衡状态的太阳通常要求将一些独立的观察结果延伸到它们变成谬误的的极限处，特别是更早的氯化物实验的结果必须被解释成不可靠的（这一最早的实验存在重要的离差，在人们心中造成了对于其他实验可靠性的疑惑）。花费更长时间得到的更进一步的数据能产生更好的统计资料，这样我们就能更好知道这一问题的程度。（2） 这取决于一个还没有被证实其准确性的观点的研究进程。除非MSW现象在实验室中被观察到或者被证实是错误的，这一问题将会一直存在。

总之，太阳中的核聚变反应只能通过中微子被观察到。观察到的中微子数量比预计的要少，在最好结果和数据之间存在两种标准差。这一现象要么被跟低的太阳中心温度解释或者被特殊的粒子物理学机制即存在中微子振荡解释。这一问题没有最早的实验所表明的那么严峻，但是更进一步的数据以及更好的统计结果对于解释这一问题是非常必要的。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. sciastro-谢若

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