英国和美国的物理学家们最近获得一些惊人的证据，表明可能存在着又大又重的第四种中微子，它不时地在原子核的β衰变中出现，当一个中子衰变为一个质子时，同时释放一个电子和一个中微子，一般情况下放出的电子和中微子质量很小或几乎完全没有质量。

1985年，一位加拿大物理学家在实验室中观测到一种难以理解的现象，当时并未引起重视，新近的实验中似乎又出现了这种现象。如果真的存在重中微子，那么它对粒子物理学和宇宙学的理论将产生深远的影响。

牛津大学和加利福尼亚劳伦斯 · 伯克利实验室的科学家们，最近测定了一些特定原子核的β衰变中放出电子的能谱。电子能量的最大值或“极值”（endpoint）也可用来估算放出中微子的质量。在β衰变中电子、中微子和新的原子核一起瓜分所释放出来的能量。到目前为止最灵敏的实验表明，这个中微子的质量约小于10电子伏，或小于电子质量的五万分之一。

1985年加拿大圭尔夫（Guelph）大学的辛普森（J. J. Simpson）在电子能谱的近极值处发现了一种异常现象，当时，辛普森正在研究氢的一种同位素氚，它的能量极值为18.6千电子伏。他发现，在能量小于1.5千电子伏的情况下，能谱相对理论曲线偏移了一点点。

辛普森对自己的实验结果所作的解释是，在β衰变中放出了一个质量远大于正常中微子的不同的中微子。他说，如果氚的β衰变在大多数情况下放出一般的轻的中微子，只是偶尔放出重中微子，那能谱的这种偏移就会出现。

实际上，辛普森的曲线是两种中微子各自能谱的叠加，而原来的两条曲线则是由这两种中微子被释放出时的形式决定的，而辛普森曲线中开始产生偏移的位置也预示着重中微子的能量极限。

辛普森发现，偏移现象在1.5千电子伏以下时才出现，这比正常的极限低17电子伏。他推断，重中微子比β衰变中的正常中微子重17电子伏。换句话说，它的质量大约在17千电子伏左右。辛普森的数据还表明，在β衰变中产生重中微子的百分比很小。

辛普森公布了他的发现以后，有几个物理学家小组便开始搜寻同样的现象，但都没有发现任何结论性的证据。但辛普森和他的学生安德鲁 · 海姆（Andrew Hime）仍在继续他们的实验，他们又测量了氚的能谱，这次用了更好的探测器，结果又发现了同样的现象。然后他们又研究另一种原子核，并断言，如果存在17千电子伏的中微子，它将在任何β衰变中出现。海姆和辛普森挑选了硫35，其极值为167千电子伏，他们又发现了偏移现象，不过这次偏移点的位置比极值小了150千电子伏。

1988年海姆来到了牛津大学，他和尼克 · 杰里（Nick Jelley）一起改进了用硫35进行的实验方法，他们采用一块仔细安装的挡板，阻止那些在容器壁上碰撞过的电子进入探测器，也不让那些从探测器边缘漏过去的电子进入探测器。但实验结果再次表明，因偶然发射17千电子伏的中微子而产生的偏移现象又出现了。

劳伦斯 · 伯克利研究室的埃里克 · 诺fi（Erio Norman）和他的同事们也进行了同样的实验，他们选用碳14。这个研究小组得到的数据没有海姆和杰里那么多，但也宣称已经发现了17千电子伏中微子的证据。

这样一种中微子的存在对于物学来说有什么意义呢？现在已知存在3种类型的中微子：β衰变中发射的电子中微子，μ中微子和τ中微子。后两种中微子分别与两种重的电子型粒子μ介子和τ介子有关。

早在1958年，理论物理学家布鲁诺 · 庞蒂科伏（Bruno Pontecorvo）就曾推测，中微子很可能是两种或多种不同质量“状态”的“量子力学”混合。近年来理论家们用不同的中微子状态之间的“混合”来解释来自太阳的中微子为什么会减少。太阳的实验（Solar experiments）只能探测出电子中微子，如果从太阳发出的电子中微子在来地球的途中变为μ中微子和τ中微子，地面探测到的结果与理论值就产生了差距。

在粒子加速器中进行的、研究电子中微子与μ中微子之间振荡情况的实验，已排除了17千电子伏中微子就是μ中微子的可能性，但它可能是τ中微子。τ粒子衰变实验将τ中微子的质量限制在35兆电子伏以内；如果重中微子能解释最近的β衰变实验，则其质镜将为该数值的二千分之一左右。

17千电子伏中微子也可能完全是一种新类型的中微子，但不论是哪种情况，有一点是肯定的，其衰变的寿命小于300万年。如果情况不是这样的话，大爆炸时所产生的17千电子伏中微子今天就应依然存在，那将使现今的宇宙能量密度大于实际观测到的值。

海姆和牛津大学的两位理论家格雷厄姆 · 罗斯（Graham Ross）、苏比尔 · 萨卡尔（Subir Sakar），以及卢瑟福 - 阿普尔顿实验室的罗杰 · 菲利普斯（Roger Phillips）已经开始测定17千电子伏中微子到底属于哪种中微子，它是怎样衰变的。

物理学家们发现，根据所谓的粒子物理的标准模型作出的解释使得衰变的时间长了几十亿倍，这就与估算出的宇宙的能量密度产生了矛盾。于是，他们便在17千电子伏中微子衰变过程中加进了许多新类型的粒子充当“中间粒子”（go between），研究标准模型以外的几种可能情况、但是所有这些新类型的粒子同时还必须符合宇宙学理论，因此留给理论家们的余地就很小了。

如果β衰变实验确实将粒子物理引向超越原先的标准模型，那将是一条引人注目的新闻。然而，对17千电子伏中微子的争论并未结束，许多物理学家可能继续保留看法，直到出现更令人信服的证据，尤其是来自其他类型β衰变中的证据。

[New Scientist，1990年第129卷第1754期]