中微子和弱力的发现

关于自然界中的四种基本相互作用——万有引力、电磁力、强力和弱力，高中学生对前三种有不同程度的理解，但对于弱力，课程没有涉及，学生只知道这种力与β衰变有关。本文旨在解释这种力是如何被发现的，以及β衰变的本质与弱力有关。感兴趣的学生可以从中学习。

自上世纪末以来，人们的视野已经渗透到另一个世界——微观世界。人们发现原子是由非常小的原子核和围绕原子核旋转的电子组成的。后来，人们发现原子核是由带正电荷的质子和不带电荷的中子组成的。它们之间的一些变化也已经被阐明:中子发射出一个电子并变成质子；质子能把正电子发射成中子。从表面上看，人们已经搞清楚了一些新颖而微观的粒子“变体技术”。

中子→质子+电子

质子→中子+正电子

自然β衰变是原子核中的中子发射电子并衰变为质子的现象。当人们想进一步了解β衰变时，物理学在微观领域遇到了生死攸关的挑战。根据物理学中最重要的能量守恒定律，在β衰变过程中，由于中子在原子核中衰变为质子而损失的能量应该等于它所发射的电子带走的能量。然而，实验结果表明，电子携带的能量比原子核少得多。对β衰变过程的直接观察表明，从零到某一上限，电子具有不同的动能。这表明原子核损失的能量或多或少不是恒定的。物理学家提出了各种各样的假设，但是没有一个能够解释这个奇怪的事情。

在这个关键时刻，在玻尔领导的哥本哈根理论物理研究所，一位勇敢的年轻物理学家泡利在1933年提出了一个全新的理论:在微观世界，确实有一个“能量的小偷”偷走了原子核中释放的部分能量。泡利假设:它可能不带电，它的质量很小，它与周围环境的相互作用很弱，所以它会无意识地从测量仪器上滑落。

恩利克·费密牢牢抓住了泡利的“中微子”假说，并继续深入思考:如果中微子真的存在，那么原子核中发生的β放射性行为可以解释为这样一个事实:原子核中的中子在衰变为质子的过程中不仅发射电子，还发射中微子。也就是说，前面提到的那种“身体变化”是错误的，正确的方法应该是:

中子→质子+电子+中微子

这种变化背后的力量是什么？仔细分析表明，电磁力不能产生这一过程，因为电磁力是由光子传递的，没有光子参与这一衰变。费米做了一个大胆的尝试，假设从质子到中子的衰变过程是由自然界的某种新力引起的。经过一番深思熟虑，费米得出了几个新颖而奇怪的结论:

1.这个力比电磁力弱10倍，但比万有引力强得多。

2.这个力只能出现在四个具有半自旋的基本粒子之间。

3.这个力的力范围很短，几乎为零，也就是说，一旦参与相互作用的粒子彼此离开，这个力就会迅速消失。

在更复杂的系统中，弱力不能束缚任何粒子。它只存在于某些粒子衰变和漂浮的时刻。粒子一离开，弱力就消失了。

人们认为自然界真的有一种新的自然力——弱力。费米也因创造弱力理论而闻名，他的理论已被普遍认可。