中微子是构成宇宙的基本粒子之一,它来自恒星内部的核反应、超新星的爆发、宇宙射线与地球大气层的撞击、地球上某些物质的衰变等。中微子无所不在,它不带电、质量近于零,它穿透力极强,比较形象的比喻是:在1平方厘米的面积上(常人拇指指甲盖大小),每秒钟约有650亿个太阳中微子以接近光速的速度呼啸而过。
中微子是宇宙中仅次于光子的数量最多的粒子,它们从人体穿过,从地球穿过,几乎不与其它物质发生相互作用,人类对其性质却知之甚少。纵观历史,从泡利提出中微子概念至今已有80余年,在中微子假说的提出、中微子的发现及研究中微子的过程中一波九折,其中有不少很有趣的故事,使本来就像幽灵的中微子显得更加神秘。
一百多年前,手艺高超的德国玻璃工会制造一种能发出绿光的管子,有钱人家将它悬挂在客厅里作为装饰品,以此来炫耀他们的富有。这种管子引起很多科学家的兴趣,英国人克鲁克斯(W.Crookes)就对这种能发光的管子很是着迷。1875年,他做了一根两端封有电极的玻璃管,将管内的空气抽出,使管内的空气十分稀薄,然后将几千伏的高压加到两块电极上,此时在两极之间会出现一束跳动的光线,这是稀薄气体中的放电现象。
按说玻璃管内的空气越稀薄,越容易产生自激放电现象。但是,当玻璃管内的空气稀薄到一定程度时,管内的光线反而渐渐消失,而在电阴极对面的玻璃管壁上出现了绿色荧光。这种阴极发射出来的射线,肉眼看不见,但能在玻璃管壁上产生辉光或荧光,这类管子被称为“阴极射线管”,又称“克鲁克斯管”。
克鲁克斯制作了各种形状的阴极射线管并进行了很多实验,其中有一个现象使他异常激动,他在1879年英国的一次物理学讨论会上演示了这一最新发现。玻璃管中是高度稀薄的空气,带负电的阴极产生阴极射线,一个用薄云母片制成的十字放在射线的途中,射线在阴极对面的玻璃管壁上出现了形状清晰的十字形,这是十字形云母片投下的影子。
影子的形状证明了荧光是由于阴极沿直线发射出的某种东西引起的,而薄云母片把它们挡住了,这些是物理学家们早就知道的。
德国维尔茨堡大学的校长伦琴(W.K. Rontgen)像欧洲其他物理学家一样,也着迷于真空管中的高压放电效应和阴极射线的研究。1895年11月8日的傍晚,年过半百的伦琴照例来到他在德国维尔茨堡大学校园里的实验室。按照往常的实验步骤,他关闭了所有门窗,拉上窗帘,因为实验必须在暗室里完成。
他用黑色薄纸把实验用的阴极射线管严严实实地包起来以避免干扰,接着他给射线管加上了电压,目的是检查一下射线管的封套是否完全不漏光。当然,他精心用黑纸包裹的射线管一点都不漏光,但就在此时他突然感觉约1米远处一块涂有荧光物质的纸屏上有荧光的闪亮。当他切断射线管电源时,那个荧光就消失了。伦琴十分惊异,这个荧光来自哪里?
阴极射线只能在空气中前行几个厘米,这是别人和伦琴自己的实验早已证实的结论,于是他重复刚才的实验,把那块荧光屏一步步移远直到2米以外,但只要射线管加上电压就仍然可以见到屏上的荧光。他又把各种不同的物品放在射线管与荧光屏之间来观察,发现这种光可以穿透2~3厘米厚的木板、千页的书以及不太厚的铝薄板。
伦琴确信这种奇特的现象不是阴极射线造成的了,因为阴极射线连玻璃管都不能透过,他意识到这可能是某种从未被观察到的、具有极强穿透力的射线,他称之为X射线。