一系列的实验目前提出了这样一个看法，就是这种最小和最捉摸不定的亚原子粒子可能具有质量。如果这个简单的论点是真的话，它必将影响关于宇宙整个历史的理论。——七月上旬在意大利西西里召开的世界中微子讨论会，必将认真地研究这个具有爆炸性的问题。

中微子是物理世界的“幽灵”。一般，即使在高级探测器中也观测不到。但是，在放射性物质的衰变过程中，或者在探索质子结构的实验中，这些粒子对当前原子核相互作用的了解是必不可少的。从提出假设到1956年发现中微子，一共经历了二十五年，可是新近的证据表明宇宙物质的大部分可能是由中微子构成的。这些论点如能得到证明，我们就要对宇宙历史重新估价。

奥地利物理学家W. 泡利为了解释原子核β衰变中的一些令人费解的特性，首先假设了中微子的存在。但早在1900年前后，若干物理学家已经发现有些型式的重核具有放射性，并包括某些带负电粒子的事例——被认为是β粒子，后来证明是电子。仅仅发射一个粒子的原子核应该以能量相等、方向相反的动量进行反冲，因此这些电子就应该经常以相同的能量出现。可是实际上电子是以完整的能谱发射的，上升到一个决定于不稳定的核的有效释放量的极大值（图1）。为了克服这个问题，泡利假设了一种粒子，并说这种粒子必须十分微弱地与其他物质相互作用（不是这样的话，早就被观察到了）；它必须是电中性的；它必须具有精确数量的内禀动量矩（自旋）。

后来E. 费密把它命名为中微子的这种粒子，解答了与β衰变谱有关的电子和中微子能够从无限的途径分得原子核所不能占有的动能的问题。最后，泡利假设这种看不见的粒子没有静止质量，由于实验的精确，这个能谱的端点能量与电子携带出的所有有效能量是一致的。

直到1956年，Frederick Heines和Clyd Cowan通过在核反应堆中做的实验，发现了中微子存在的直接证据。他们设法寻找反应堆中β衰变形成的中微子间的相互作用和大型液体闪烁器的探测装置内的质子。有一种材料，当带电粒子通过它时便会闪光。利用这种材料的特性，当中微子与质子相互作用而转变为中子时，Reines和Cowan就能探测到正电子——带正电荷的电子的反粒子——产生（图2a）。他们还可以探测到中子产生时发射的γ射线被其他原子核所俘获。

二十世纪五十年代以来，有好几个研究小组发现，中微子来自各种途径，是随它与各种不同粒子的相互作用而定的。例如在一个中子的β衰变中，一个电子中微子随电子而产生（图2b）。较特别的是，好像为了平衡收支而产生了中微子的反物质电子反中微子。另一方面，一个短命的粒子π介子衰变成μ介子（一个与电子非常相似但较重300倍的粒子）。在这个衰变过程中也发射出μ介子中微子（图2c）。μ介子最后释放出过剩的质量而变成电子，还包括电子中微子和介子中微子（图2d）。目前看来，τ介子，甚至像电子一样的较重粒子，也有它们自己的中微子。

从一些实验中找到了有利的证据，说明无论什么形态的中微子的质量，肯定是非常小的，但没有一个实验已能断定它的静止质量为零。测量电子中微子质量的传统的办法就是观察β衰变谱的端点能量。1979年，加拿大安大略省格威夫大学的一个研究小组发表了氚β衰变的研究结果——它像氢核那样有一个质子，但另有两个中子。电子能谱显示出电子中微子的质量小于50电子伏特，也就是小于50万电子伏特的1/10,000的电子质量（这是粒子物理学家定的质量单位），或者是9×10^-28克。因此，现在已有新的证据表明中微子可能有质量，即使是十分小的话。

开始，Frederick Reine S和Elaine Pasierb，Henry Sobel等来自加州大学欧文分校的同行们一起在南卡罗来纳州萨文纳河核子反应堆一起工作时，得到了一些逗人兴趣的结果。这个小组利用反应堆中一个盛有268公斤重水的探测装置来研究电子反中微子的相互作用。在装置中，氘（重氢）取代了氢，它分散在整个中子探测装置。每一个氘核有一个质子和一个中子，而且一个反中微子能与它们中的任何一个相互作用（图3）。在一种情况下，由于中性流的反应，电子反中微子使氘散射而脱离一个质子和一个中子；另一种情况是由于荷电流的反应，一个电子反中微子把质子转变成一个中子和正电子，最后生成两个中子。Reines和他的同事们所做的，就是要通过一个中子的记录次数对两个中子的探测次数来测量出探测装置中这两种类型的反应之比。

然后，他们就计算Reines所说的“比中之比”比较测量到的“荷电流事例对中性流事例”之比的理论值，通过多次校正后，得出统一的数据。这个研究小组发现这个“比中之比”相当于0.43±0.17。它意味着这个实验探测圈；比理论预测值较少一些的荷电流相互作用。作为解释，Reines和他的同行，引用了日本物理学家M. 中川、H. 小此木、S. 阪田和A. 丰田在1963年和苏联物理学家Bruno Pontecorvo在1968年得出的某些成果。他们都提出过中微子有可能在它的不同的形态间振荡，在电子中微子、μ介子中微子……之间变来变去。Reines假设从反应堆到探测装置之间11.2米的距离中，大致有一半的电子反中微子变成了μ介子反中微子。μ介子反中微子在通过与电子反中微子同样距离的中性流时也能与之互相作用，但是它不会参加荷电流的反应。因为从反应堆出来的反中微子没有足够能量与正电子相应地产生μ介子。因此，就比理论预测值更少一些荷电流反应。

两种形态中微子间的振荡有点像两种声波间产生的“干扰”现象，它会妨碍产生振荡的振幅。中微子假如不是一种“简单”的粒子，这种现象就会发生，而且它不是两种或两种以上基本形态的组合。这就是Reines的研究小组所说的“中性介子”。这些形态能够干扰，在一起运动时其相对相位互异而产生目前的电子中微子和μ介子中微子等等。但是这种情形只有在一种基本状态下才可能这样。所以它们包含了多种中微子——具有静止质量，并具有速度稍微不同的运动状态（没有静止质量的粒子只能以光速运动）。

Reines，Pasierb和Sobel的研究成果还没测量出中微子的质量——虽然他们的确包含着两种基本形态之间的质量差只在1个电子伏特范围内的意思，然而，在莫斯科“理论与实验物理研究所”的V. Lyubimov和他的同行们则声称已经发现电子中微子的质量在14 ~ 46 eV之间，最可能是36±10 eV。像上文提到的格威夫研究小组的做法一样，苏联观察了氚谱的β衰变。他们两者的结果也没有什么矛盾，正如加拿大小组把中微子质量的上限定为50 eV一样。

来自欧文和莫斯科的研究成果在物理学界引起了巨大的兴奋和争论，一个至关重要的原因，是大量的中微子关系到宇宙的整个质量。英国剑桥大学天文学会理事Martin Rees认为宇宙原始的大爆炸，应该有像“微波背景中”光子那样众多的中微子在它的周围——从大爆炸所留下的辐射。也就是说应该有为其他粒子上亿倍的中微子。因此，如果宇宙间有一次大爆炸，如果中微子具有10 eV以上的质量，那么这些费解的粒子就成了支配宇宙的主体。就中微子的实际质量，就能使宇宙封闭，换句话说，它有足够的引力吸引的质量，最终克服目前宇宙的膨胀状态。

大量的中微子的存在还能解释天体物理学家们一直在寻求的宇宙中的“质量失踪”问题和星系群及其所有可见物质的构成这两个概念的统一，照Rees的讲法，如果由大爆炸所产生的中微子真的有质量，那么，受引力作用的星系群便会慢慢地接近。新的研究成果还能解决太阳中微子这个天体物理学上的另一亟待解决的问题（New Scientist 1980，4，24，p. 201）。一个探测太阳内部核子相互作用产生中微子辐射的实验已经发现中微子的数量只有理论预测值的三分之一。因为探测器只“观察”到电子中微子，它的结果只能简单地解释是不是中微子是在与电子、μ介子和τ相关的三种形态间“振荡”。

粒子物理理论关于中微子质量的推断是并不新奇的。从泡利的见解发表后，总流行着一些中微子没有质量的偏见，可惜还没产生目前流行的所谓“大统一理论”。这种理论要求中微子没有质量（New Scientist1980,3，27，p. 1016）。然而，中微子质量测定的成功——如果它确实存在的话，会对其他“基本”粒子质量的认识起重要作用，也会使物理学家预言一些未被发现的粒子具有强烈的责任感。

许多物理学家能克制住他们发现一个新成果时的那种兴奋心情，Reines就显得非常冷静。他把欧文的成果交给了一个独立的研究小组校验，在那以前，他只说“这个成果只不过是条线索”。与Sobel和Pasierb—道，Reines计划在今后的六个月内使用一台新的探测装置做进一步的试验。这个装置能从反应堆做不同距离的移位。法国格伦诺的劳 - 兰格维学院和格伦诺的核子科学研究所，美国加州理工学院及西德慕尼黑理工学院的物理学家们都做了类似的实验，但是他们都没有找到中微子振荡的任何证据。另外，有一个Felix Boehm的小组也要做从反应堆作不同移位的实验，Boehm说实验得出“有说服力的结果”肯定可以解决一些问题。

苏联的科学家们也计划做一些新的实验，得出一个较明确的结论，因为他们目前的结果也是有争论的。加拿大格威夫大学的J. J. Simpson说，他们自己设计的探测装置有一个长处，它能够俘获所有从氚原子核β衰变中释放出的能量。苏联实验存在约一个较大问题是在那种情况下在一种叫做缬氨酸（C₅H₁₁NO₂）的化合物中，氚会置换一些氢，在受激态时，一个衰变电子能离开一个核子〈衰变后的氦-3）——亦即仍有某些能量。物理学家仅仅测量电子的能量，因此他们必须估计到某些“隐藏”能量的可能性。

通常各国的物理学团体要等到今后要做的实验得到新的报告后，才会重写他们的论文。下星期在意大利西西里岛西海岸的爱丽思举行的“1980年世界中微子讨论会”上，肯定要对前一段时期在中微子领域内得到的结果，展开热烈的讨论。Reines痛心地说，六年前他和Cowan就呼吁要探索中微子，证实中微子振荡和中微子质量的存在，但当时没有人愿意去做，否则也不至耽搁如此长的时间，说实在的：这不是一种真正的科学态度。

[New Scientist，1980年6月19日]