中微子和弱力的发现_教学探究-查字典物理网

关于自然界的四种基本相互作用——万有引力、电磁力、强力、弱力，学生在高中阶段对前三种都有了不同程度的认识，但对于弱力，课程没有涉及，学生只知道这个力与β衰变有关。本文就是对这个力是如何发现，以及与弱力相关的β衰变的实质稍作说明，感兴趣的同学可以以此了解下。

从上世纪末开始，人们的视野穿透到了另一个天地——微观世界。人们弄清了原子是由很小的原子核和绕核旋转的电子所组成。随后，人们又弄清了原子核是由带正电的质子和不带电的中子构成的。还搞清了它们之间的一些变化关系：中子发射一个电子就变成质子；质子又可发射一个正电子变成中子。表面看来，人们已弄清了一些新奇的、微观粒子的“换身术”。

中子→质子+电子

质子→中子+正电子

天然的β衰变，正是原子核内的中子放出电子，衰变成一个质子的现象。当人们想进一步弄清β衰变时，物理学竟在微观领域遇上了一场生死存亡的挑战。按照物理学中最重要的能量守恒定律，β衰变过程中，原子核内部中子衰变成质子而失去的能量，应该等于它所放出的电子带走的能量。然而，实验结果表明，电子所带走的能量，总比原子核应该放出的能量少得多。直接观测的β衰变过程表明，电子具有从零到某一上限的不同动能。这说明原子核所失去的能量并不恒等，有多有少。物理学家们为此提出了种种假设，但都无法解释这桩怪事。

正在这个紧要关头，在玻尔领导的哥本哈根理论物理研究所里，有位大胆的青年物理学家泡利，于1933年提出了一个崭新的理论：在微观世界，确实存在着一个“窃能贼”，把原子核内释放的一部分能量偷走了。泡利假设：它可能不带电，质量也非常小，同周围的相互作用力很弱，所以就不知不觉地从测量仪器下溜走了。

恩里科·费米紧紧抓住泡利关于“中微子”的假设，继续向纵深思索：如果中微子真的存在，那么，在原子核里出现的β放射性行为，就可以解释为这样一个道理：原子核中的中子在衰变成质子的过程中，不仅是放出一个电子，同时还放出一个中微子。这就是说，前面所讲的那种“换身术”不对，正确的方法应是：

中子→质子+电子+中微子

究竟是一种什么力促使这种变化呢？仔细分析，电磁力不可能产生这个过程，因为电磁力的传递者是光子，而在这种衰变中没有光子参加。费米作了一个大胆的尝试，他假定：从质子到中子的衰变过程，是由于自然界中某种新的力引起的。经过一番琢磨，费米得出了几个新颖奇特的结论：

1.这个力要比电磁力弱10的11次方倍，但比万有引力要强得多；

2.这个力只能发生在四个自旋为二分之一的基本粒子之间；

3.这个力的作用力程非常短，几乎为零，即参与相互作用的粒子彼此一离开，力就迅速地消失了。

弱力没有本领把任何粒子束缚在一个较复杂的体系中，它只存在于一些粒子发生衰变和浮获的一瞬间，粒子之间一离开，弱力马上就消失。

人们认为自然界果真是存在着一种新的自然力——弱力。费米也因创立了弱力理论而闻名天下，他的理论得到了举世公认。

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