虽然,中微子被列在最难探测到的基本粒子之中,但是,在了解太阳如何利用它的核燃料产生能量这一问题上,中微子提供了独一无二的窗口。在太阳核心中,氢和其它原子核发生聚变的每一阶段都产生中微子,同时,数以亿兆计的、幽灵般的中微子流毫无阻挡地直接射向地球。

在美国、日本和俄国,研究人员利用安置在地下实验室中的特别设计的探测器,一直在试图捕捉一些这种难以捉摸的粒子。迄今为止,已有三组实验显示出在探测到的太阳中微子数与基于太阳如何产生能量的理论模型所预期的中微子数之间存在着令人迷惑不解的亏损。经过几个月的数据分析之后,GALLEX联合小组的科学家——第四个试图对太阳中微子进行取样分析的研究小组——在上星期终于报道了他们的渴望已久、预料之中的发现。

在进行了为时近一年的14次测量中,GALLEX的研究者发现的太阳中微子同样也是较理论预期的为少。尽管如此,他们已经发现了足够数量的中微子,并可由此得出结论,他们已经探测到仅当2个质子发生聚变时产生的低能中微子——这是在太阳核心存在的聚变反应链的第一阶段。GALLEX小组成员、布鲁克海文国家实验室(在纽约州Upton市)的Richard L. Hahn指出:“上述测量已成为(质子 - 质子)中微子的首次观测。

在意大利的格赖 · 撒索地下实验室,GALLEX的研究人员测量了镓-71原子核俘获太阳中微子产生的放射性锗-71核的几率。他们测得的俘获几率的平均值为83太阳中微子单位(SNU)—1 SNU等于每原子每秒俘获10-36个中微子。在太阳内部产生中微子的理论模型预期,该俘获几率的范围是124~132 SNU

GALLEX联合小组已向Physics Letters B提交两篇论文。这两篇论文报道了初步结果,并提示说上述发现对中微子物理学和太阳物理学具有潜在的影响。

“这是观测到来自太阳的中微子亏损的第四个太阳中微子实验小组”,SAGE(俄-美镓实验)小组成员、洛斯 · 阿拉莫斯国家实验室的Thomas J · Bowles说“该小组又一次证实,正在发生某些不寻常的事情,问题正在于此”。

尽管GALLEX的实验结果显示出中微子亏损;但比起其它中微子实验中观察到的情况,这一'亏损”的数值较小。Hahn认为:“很清楚,我们探测到了预期发生情况中的主要片断。”

与此同时,歧离情况之大,足以超出理论学家对前几个实验中观察到的较大亏损提供的计算所能够解释的范围。例如,理论学家过去一直支持这种观点——在太阳核心产生的e-中微子(已知存在的三种中微子形态之一),当它们穿出太阳并穿越宇宙空间时,实际上可能变成另一种形态的中微子。目前正在工作中的中微子探测器并未探测到这类发生了变性的中微子。然而,GALLEX的实验结果稍高于倾向于上述解释方案的理论学家所预期的数值。

对于GALLEX的发现的一种可能的解释是基于下述事实——它观察到的中微子俘获几率恰好接近于由质子——质子反应产生的低能中微子所预期的俘获几率。这些低能中微子达到地球时,可能保持原状。相反,在其他核反应中(包括例如硼-8、铍-7这类同位素)产生的高能中微子,则要以无法观测的“亏损”形式发生某种转变。

这种解释方案大体上能够与日本上尾兼出的探测器观测到的较大的中微子亏损,以及在美国南科达他州Lead附近的豪姆斯塔克矿井内、专门探测高能中微子的长程实验兼容。参加豪姆斯塔克实验的宾夕法尼亚大学(在Philadelphia)的Kenneth Lande认为:“在这几个实验中,存在着微小差别;但是,我看不出有任何强烈的不可调和之处。”

高级研究学院(在纽约州、普林斯顿)的John N. Bahcall说:“你面对着两种抉择:或者不相信这三个实验中的一个,或者相信它们是一致的。”Bahcall倾向于根据中微子的行为,而不是根据在太阳核心发生的不可知的核反应来解释上述实验结果。

仍然令人迷惑不解的是,与GALLEX探测到的中微子数相比,SAGE为什么只测到如此少量的中微子(SN:12/21&28/91,P. 406)。两个探测器都是依靠镓同位素作为俘获中微子的介质,则应该得出类似的结果。

Bowles认为,如果考虑到测量数据的不准确性,则两组测量结果实际上是部分交迭的。他说:“我认为,当我们获得更多的数据时,两组(平均)值将密切相关地发生变化,然后,我们将会看到是否存在着真正的歧离。”

SAGE小组和GALLEX小组正在计划使用强大的中微子激励放射源来检验他们的每一台探测器能否有效地俘获中微子。

[Science News,1992年6月13日]