太阳中微子之谜

太阳中微子之谜
 
导致恒星发光的核聚变反应的结果之一,是产生出叫做中微
 
子的亚原子粒子。例如,太阳当其核心的氢聚变为氦时,就产生
 
出中微子。因此,证明在太阳内部存在核聚变反应的途径之一,
 
便是计数所释放出来的中微子数。
 
中微子是“声名狼藉的狡猾的动物”,捕捉中微子非常之困
 
难。它们极少与其他粒子发生作用。要停止一个中微子的运动需
 
要厚达 1 光年的铅。但人们坚持要弄清它们的性质,想方设法来
 
捕捉这些幽灵般的粒子。20 年来,在美国南达科他州霍姆斯塔
 
克废矿井深处安置了一个大桶,里面储存着 38 万升全氯乙烯(C2Cl4)的纯净液体来进行探测中微子的实验。该实验的原理
 
是:从太阳释放出来的为数众多的中微子,其中的一些必然要与其他物质起作用。
 
当太阳中微子射入上述液体后,将其中的一些氯转变为放射性的氩。科学家们可以从记录到的氩的数量推断出太阳发射了多少中微子。然后,将这个数目与理论预期值比较。
 
但事实是,太阳核聚变模型所预期的中微子数比实际探测到的要多得多,被探测到的太阳中微子大约只有所企盼的 1/4。长期以来,假定中微子的质量为零——因此,它不能衰变为其他粒子——研究人员难以解释上述矛盾。
 
然而,近来美国洛斯·阿拉莫斯实验室的一物理小组的实验,测定出中微子有一个小而非零的质量。如果确实的话,则这一发现将能解释上述理论值与实测的中微子计数之间的矛盾:太阳内部产生的中微子中,有一些在到达探测器以前便衰变了。一个长时间的谜团看来有可能被解开。  
 
在此,我们必须区分一下两种不同类型的恒星:星族Ⅰ星和星族Ⅱ星。这两类星是按它们的相对年龄来区分的。后者比前者要老得多。也可以从它们所在天区的位置来区分。我们银河系的外形像一个飞碟——一个平坦的盘围绕着中心核球,星族Ⅰ星主要分布在银盘内,星族Ⅱ星大多位于星系的中心核球和包围着此核球的银晕中。
 
说到星族Ⅱ的星,要回溯到宇宙的早期阶段。当宇宙充满着氢和氦的气体时,这类星就已出现了,它们的体内几乎不含重元素。它们辐射出来的能量来源于氢和氦等轻原子核的聚变反应。到聚变物质耗尽时,这些星就不再发光了。
 
星族Ⅱ的星死亡时,它们的物质散布到空间。这些尘埃的一部分最终合并到新形成的星族Ⅰ星中。宇宙中的物质就是这样死而复生地往复循环着。
 
虽然星族Ⅰ星中的大部分物质是氢和氦,但它们也含有重元素(比氦重的元素),约占其质量的 1~2%。这些较重物质是从恒星收集来的较轻元素聚变产生的。太阳是星族Ⅰ的一员,它体内就含有曾经属于前一代恒星的物质。
 
太阳将如何度过其晚年呢?现代天文学的研究认为,几十亿年后,我们的母亲星将比现在燃烧得更猛烈,也亮得多。这将消耗它越来越多的核燃料,直到剩下不多原有的氢。然后,在未来的某一时刻,太阳核心的一切核反应都将停止。
 
一旦太阳进入其“后原子核”时期,它将实际上分为内、外两个不同的区域。这两个区域由下列情况来区分,不再有较多的氢燃料遗留在内区,但还有少量的氢遗留在外区。很快,内区的核火不再燃烧,在其自身重量的影响下坍缩,最后收缩为一个小而热的、致密而暗淡的核。外区的命运则相反,成为一个物质松散地联系在一起的气体球。内部区域收缩时产生的激波将向外越过死亡中的星球,将太阳的外层物质向外推,越推越远。外包层迅速膨胀,在短时间里胀大几百倍,与此同时冷却下来,温度下降几千开。
 
最后,太阳将成为一颗冷而亮的红巨星,其体积将扩大到占有地球绕日轨道以内的整个空间。它发出的辉光在几千光年以外都能目睹。这一状态将维持几百万年,在此期间逐渐将其外围的物质抛洒到空间。
 
等到太阳外层的气体一点也不剩的时候,剩下的只是炽热的白色的核,太阳乃成为一颗白矮星。核将收缩,发射完了它仅存的能量后,寿终正寝。  

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