五、中微子问题
摘要:本文首先分析了中微子不具有电磁质量，只有引力质量，参与引力作用和弱相互作用，不参与电磁作用和强相互作用，提出了中微子就是广义相对论中提出的引力波，使广义相对论的的基础更加牢固，提出了中微子不具有时间量子属性，不满足Lorentztransformation，与Lorentztransformation不矛盾，宇称不守恒仍然成立。
关键词：引力质量、电磁质量、中微子、弱相互作用、宇称不守恒。
20世纪30年代，科学家发现原子核在衰变前后的能量不一致。瑞士物理学家泡利在1931年最先假设有种新粒子“窃走了”能量。后来的发现证明泡利的假设是正确的，物理学家费米遂将这种微小的中性粒子称为中微子。中微子质量可能只有电子的百万分之一，是亚原子粒子中“最腼腆”的粒子，因为它们无处不在、以光速飞奔，却几乎不与周围的物质作用。在自然界里，中微子产生于太阳内的放射性衰变过程，或者宇宙射线中。
中微子是基本粒子中的成员，分为三代。本世纪六七十年代，格拉肖、温伯格和萨拉姆三位科学家对基本粒子进行了分类，提出粒子物理学的框架是标准模型，即特质由12种基本粒子构成。它们包括6种夸克和6种轻子。夸克和轻子的大小不足原子的十亿分之一。
夸克包括下、上、奇、粲、底、顶，共6种。轻子分为三代，第一代包括电子、电子中微子；第二代包括μ（缪子）子和μ中微子；第三代包括τ子和τ中微子。第一代电子中微子和第二代μ中微子已分别在1956年和1962年通过实验被证实存在。
量子引力和近年观测到的“基本粒子”的整个家族的性质的最终确定在根本上是相关联的。正确的量子引力理论应当可以消除折磨着传统量子场论的无限大。由于中微子和电子都是一种轻子，但是中微子是电中性的，核力和电磁力都对中微子不起作用，因此实际上它与任何物质只能发生引力作用与弱相互作用。电子（同时具有引力质量和电磁质量）参与弱相互作用，但弱相互作用的主角是中微子（只具有引力质量），中微子具有波粒二象性，它的能量用hv表示。如果中微子有引力质量，那么根据Einstein的质能方程，必须把能量E的一部分用来产生中微子，这样留给电子的能量就比E小。泡利推算出中微子是没有质量的观点是错误的，由于中微子的引力质量非常小，因此在埃利斯的实验中发现电子也偶尔确实会有能量为E的情况。根据电子、放射性核和子核的旋转情况，泡利推算出中微子具有自旋，是左手征的。在量子力学中，场的能量集中在波包中，electricfield的能量集中在光子中，因此引力场的能量应当集中在中微子中。光波是electromagneticfield（即电磁质量）的传播，机械波是中微子（即引力质量）的传播。它们具有共性，说明了电磁质量和引力质量的等价性。
1978年，斯坦福大学物理学家马丁·佩尔和同事发现了τ轻子，在理论上这意味着τ中微子的存在，因为中微子是轻子的“前辈”。但是，由于τ中微子几乎没有质量，又不带电，且几乎不与周围物质相互作用，因而一直难寻踪迹。1982年，费米实验室的科学家用实验支持了τ中微子存在的假设。1989年，欧洲核子研究中心科学家证实τ中微子是标准模型中的第三个，也是最后一个轻中微子。
1994年，两个“天才设计师”———加利福尼亚大学研究生维多里奥·保罗内和费米国家实验室物理学家拜伦·伦德伯格提出了建立“τ型中微子直接观测器”的构想，这一想法得到费米国家实验室的支持，并在两年后建成了观测器。
从1997年起，54位来自美国、日本、希腊和韩国的科学家在费米实验室合作探测τ中微子。他们用粒子加速器制造一股可能含有τ中微子的中微子束，然后让中微子束穿过“τ中微子直接观测器”内一个约1米长的铁板靶。这一铁板靶被两层感光乳剂夹着，感光乳剂类似于胶卷，能够“记录”粒子与铁原子核的相互作用。物理学家用3年时间从靶上的600多万个粒子轨迹中鉴定出了4个表征τ轻子存在和衰变的痕迹，这也是表明τ中微子存在的关键线索。τ轻子的痕迹被科学家拍摄下来，并在计算机中形成三维图像，其主要特征就是其轨迹里有个结，这是τ轻子在形成后迅速衰变的表现。据估算，几十万亿个τ中微子中只有1个与靶中的铁原子核相互作用并生成一个τ轻子。由此，科学家第一次找到了τ中微子存在的直接证据。
美国加利福尼亚大学物理学家菲利普·雅格尔接受记者电话采访时说，发现τ中微子存在的直接证据具有重要意义，它使科学家对物质基本粒子有个完整认识。雅格尔是“τ中微子直接观测器”的建设者之一，观测器构想提出者之一维多里奥·保罗内曾是他带的研究生。雅格尔说：“由于我们现在有能力探测到τ中微子，我们就能够设计出将物理学带到超越标准模型层次的实验。在不久的将来，将诞生更加激动人心的中微子物理学。”
因发现第二代μ中微子而与人分享1988年诺贝尔物理学奖的莱昂·莱德曼评论说，找到τ中微子的直接证据是非常重要且等待已久的结果。说其重要，是因为科学家将据此进一步研究三代中微子之间的关系；说等待已久，是因为25年前τ轻子就已经被发现，现在“另一个鞋子终于掉了下来”。τ轻子的发现者、荣获1995年诺贝尔物理学奖的马丁·佩尔说，证实τ中微子的存在具有里程碑的意义。在找到粒子家庭全部成员之前，粒子间相互转换的研究难以展开，现在这一障碍已被扫除。τ中微子的发现会给现实生活带来什么改变？这还是科学家们无法预言的。不过，正如居里夫人100年前发现原子核裂变时没有人知道这一发现会有什么用处、而40年后人们用它制造原子弹和发电一样，τ中微子的发现也将给科学的发展带来深远影响。30年前，科学家计算出了从太阳流失的电子中微子的数量，但实际观测到的中微子的数量小于计算值。2001年加拿大萨德伯里中微子观测站的科学家证实了早先一些实验得出的假设：中微子事实上并没有失踪，只是在离开太阳后转化成了τ中微子和μ中微子，因此躲过了科学家的探测。笔者认为这三种中微子可以互相转化，说明它们都是只具有引力质量。中微子的反粒子是反中微子。现代科技界认为中微子总质量上限确定到不及10亿分之一的氢原子质量，使暗物质的一种可能形式，它们在全部暗物质中最多只占有1/8的分额。（2）从场的时空本质的观点看，谈论中微子的总质量是没有意义的，这种观点是错误的。
中微子质量mυ的实验测定值是根据相对论公式：E2=P2c2+m2υc4来定义的，1966年全球平均的实验数据显示m2(ve)=-27±20eV2。后来实验上进一步控制β粒子能量在源中的损失，把1991——1995年间被认为不可靠的9个实验数据排除掉，在2000年的粒子表中给出新的全球平均值，m2(ve)=-2.5±3.3eV2,m2(vμ)=-0.016±0.023eV2，式中的负号说明中微子的引力质量为负数，实验中观察到的只是其数值，没有考虑到其量纲。
1956年宇称不守恒发现后，为解释有中微子参与的弱相互作用过程，李政道、杨振宁提出了二分量中微子理论，其物理实质是假定自然界只存在左旋中微子与右旋反中微子而不存在右旋中微子与左旋反中微子。中微子这种永久纵向极化的性质之所以可能，是因为当时中微子质量被认为等于0，因而左旋中微子与右旋反中微子永远以光速运动，同时一切观察者所在的惯性系间的相对速度v都不可能超过c的缘故。假如中微子是亚光速的Dirac粒子，具有微小的质量mυ，设它在S系以速度u＜c运动，则当S`系观察者以速度v相对于S系运动，又设v平行于u且v＞u时，他将看到一个左旋中微子变成右旋中微子，一个右旋反中微子变成左旋反中微子，于是中微子不可能永久纵向极化的了，出现了宇称守恒的四分量中微子理论。即中微子的静止质量不为0与宇称不守恒的实验事实相矛盾。(1)
如果假定中微子运动速度为光速，不能用时间量子度量，那么就可以解释中微子与引力场具有引力质量，但不满足Lorentztransformation，因为只有具有时间量子属性的引力质量才满足Lorentztransformation。因此中微子虽然具有引力质量，但仍然以光速运动，静止质量为0，并不是亚光速的Dirac粒子，这样便与宇称不守恒的实验事实相符合。在（1）中倪光炯教授提出了中微子可能是超光速粒子，但这又和狭义相对论矛盾。光子与中微子、引力场与electricfield非常类似，可以设想中微子就是Einstein广义相对论中的引力波，这样就可以解释万有引力的平方反比关系，中微子密度大的点，空间曲率大。由于绝对时空能量最低，根据能量最低原理，正引力质量之间只有吸引力，而且可以解释引力质量的惯性问题。
质子+电子→中子+中微子，中子的引力质量大于质子和电子的引力质量之和，所以中微子的引力质量为负值，反中微子的引力质量为正值，产生反中微子实际上是吸收了中微子。由于中微子的引力质量的绝对值很小，因此在上面的变化中能量不守恒，原因在于时空本身参与了能量的交换。
现代物理学认为：由于中微子比其它物质粒子的总数多十几亿倍，因此整个宇宙中中微子质量的总和大大超过其它物质的质量总和，占宇宙总质量的99%以上，中微子可能是控制宇宙运动变化的关键性因素。根据场的本质是相对时空的观点，这种说法是错误的。
太阳黑子的爆发可能是正负electriccharge耦合过程中，部分电磁能转化为引力能以中微子的形式释放出来的（因为此时没有光子射出，所以表现为黑子），而且此时太阳的辐射也特别强。太阳引力质量的亏损是以中微子的形式发射出来，太阳发光主要是由电磁能量转化而来，因此太阳引力质量的亏损速度很慢，太阳的寿命可能比原来推算的寿命大的多，根据靴袢理论可知在日全食时地球的引力场应当减弱，这一点可以运用实验证明。假设太阳的发光完全由引力能量转化而来，那么地球运动的轨道半径将越来越小，但地球运动轨道的半径减小速度很慢，这一点由广义相对论可以得到。
参考文献：1、《物理》第31卷4期255页2002年北京
2、《物理》第31卷11期759页2002年北京
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