第五百一十六章 潜心研究（7/7）
的衰变叫β衰变，如果有两个中子同时变为两个质子的衰变叫双β衰变，这个好像并不难理解。可是泡利告诉我们每一个β衰变都应该有一个中微子伴随而来，因此双β衰变应当是双中微子伴随双β衰变才对？但是后来，物理学家们却发现，虽然大部分双β衰变都出现了一对中微子，但实验中也存在着无中微子双β衰变现象。一百多年过去了，这个现象到现在都还没找到合理的解释吧？”
庞学林这番话一出口，乔安华、曹广云、季青青、刘旭等人脸上就流露出了震惊的表情。
乔安华道：“庞教授，你的意思是，所谓的无中微子双β衰变并非没有产生中微子，而是产生了一对我们观测不到的惰性中微子，所以才出现了所谓的无中微子双β衰变现象？”
庞学林笑着点了点头，说道：“我们还是从琢磨不透的中微子说起吧。我们知道狄拉克方程是描述费米子的场方程，正电子是狄拉克电子海洋中的带负能量的空穴。1937年，意大利的天才青年物理学家马约拉纳因为不满意狄拉克方程中电子和正电子之间的非对称性，将正、反粒子的场组合成一个同时满足正、反粒子的对称性和狄拉克方程的场，对应的粒子就是所谓的马约拉纳费米子，它们是自己的反粒子。马约拉纳在文章中提出，中性的中微子可能就是这种新的马约拉纳费米子。”
“1938年，前途无量的马约拉纳神秘地失踪，从此没有人再见过他。中微子到底是狄拉克费米子还是马约拉纳费米子在此之后就成了公案。在普通的β衰变中，不论是狄拉克还是马约拉纳理论电子一定伴随着反中微子出现，在观测上没有区别。1939 年，哈佛大学的弗瑞提出可以通过寻找无中微子双β衰变来对中微子的本质做出判断，也就是说寻找双β衰变中仅仅有两个电子而没有中微子的末态反应。这种反应的原理就是：一个原子数a电荷数z的原子核一次发生（a，z）→（a，z+2）+e-+e-+v-e+v-e的反应，由于要求一次性发生这种反应，需要确保中间态原子核（a，z+1）是一个虚态，也就是要求其核质量上比母核（a，z）要大，第一次β衰变不会发生。而无中微子双β衰变要求第一个β衰变放出一个虚的中微子在第二个β衰变中被吸收，以至于形成没有中微子的双贝塔末态，这种反应只有中微子是马约拉纳粒子才可能发生。符合这样条件的天然原子核有三十多种。有趣的是，早期预言的无中微子双β衰变比普通双β衰变更容易发生，其半衰期在1015 年左右。”
“但现在，我想我们有了更为合理的解释，双β衰变中，所谓第一个β衰变，放出一个虚的中微子在第二个β衰变中被吸收，我们不如说第一个β衰变中产生了一个惰性中微子，在第二次β衰变中这种惰性中微子转化成另一种中微子，被第二次β衰变吸收了，所以才没有形成中微子的双β末态。至于实验证明的话，我想这个难度不大吧？！”
乔安华笑道：“这没什么难度，我手下一个博士生都能做！”
曹广云起身道：“老乔，那还等什么，我们现在就去实验室！”
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