1937年4月,即距今整整80年前的春天,31岁的意大利天才物理学家埃托雷·马约拉纳(Ettore Majorana)在本国的 Nuovo Cimento期刊上发表了他的最后一篇学术论文,题目是 Teoria simmetrica dell’elettrone e del positrone(英文翻译:Theoryof the symmetry of electrons and positrons,即“一个关于正反电子对称性的理论”)。
在这篇让后人追捧至今的文章中,马约拉纳指出了一种新型的物质粒子:马约拉纳型费米子,即反粒子就是其自身的费米子。他的具体表述如下(英文翻译来自意大利著名物理学家Luciano Maiani。):
“…there is now no need toassume the existence of antineutron or antineutrinos. The latter particles areindeed introduced in the theory of positive beta-ray emission; the theory,however, can be obviously modified so that the beta-emission, both positive andnegative, is always accompanied by the emission of a neutrino.”
“…现在没有必要假设反中子或者反中微子的存在。后者其实是在正贝塔射线的放射理论中被提出来的。不过很显然,可以修改这一理论,使得正反贝塔射线的放射过程总是伴随着中微子的射出。”
上图显示的是目前已知的基本粒子,其中夸克和轻子属于费米子,自旋量子数等于1/2;而希格斯粒子和力的传播子则属于玻色子,相应的自旋量子数分别为整数0和1
换句话说,中微子的反粒子可以是它自己,因此用来区分正反电子和正反中微子的“轻子数”(lepton number)不再是守恒量,即无法再定义中微子的轻子数等于+1而反中微子的轻子数等于-1。这是马约拉纳型中微子与狄拉克(Dirac)型中微子的本质区别,因为后者的反粒子是不同的、携带相反轻子数的粒子。对于诸如光子或者pion介子这样的玻色子而言,它的反粒子就等于它自身。但是除了中微子外,其他基本的费米子(如夸克和电子)都携带电荷,因此它们与它们的反粒子是两类不同的粒子,无法等价。只有电中性的中微子在不违背电荷守恒的前提下有可能与它的反粒子完全不可区分,而这一点正是马约拉纳中微子的特性。果真如此的话,如何通过实验来证实中微子的马约拉纳属性呢?
限于目前的实验技术,最有可能确认中微子的马约拉纳性质的轻子数不守恒过程是某些原子核的所谓“无中微子双贝塔衰变”(neutrinoless double-betadecay,简记为 衰变)过程,例如近年来被研究得较多的和衰变。这类过程是美国物理学家Wendell Furry在1939年率先提出来的。正如著名物理学家MariaGoeppert Mayer在1935年所指出的那样,一个原子核的“双贝塔衰变”过程(简记为)相当于该原子核内部的两个中子分别发生了“单贝塔衰变”过程,结果不仅产生了两个质子和两个电子,还放射出两个电子型反中微子。但两个质子可以属于另一个稍轻的原子核,于是整个过程就表现为一个原子核转化成另一个原子核,再加上两个电子和两个反中微子,例如。但倘若中微子是马约拉纳粒子,那么末态就可能不再出现反中微子或者中微子,因为此时马约拉纳中微子可以作为虚粒子在两个“单贝塔衰变”过程之间相互交换,即可能发生轻子数不守恒的衰变。
与过程的连续能谱相比,理论上衰变的可观测信号是末态两个电子的能量谱线呈现出单一的峰值(下图所示的能谱并非单值,原因在于已经假设了实际测量数据的统计误差)。在实验中确定这样的稀有信号是极其困难的,这也是为什么多年来国际上多个实验组一直未能观测到令人信服的过程的原因之一。当然,这类过程也不可避免地受到有效的马约拉纳中微子质量项的压低,因此观测到这样的轻子数不守恒现象不仅能够证实中微子的马约拉纳属性,还可以限制中微子的质量。目前欧洲的GERDA实验、日本的KamLAND-Zen实验和美国的EXO-200实验代表了实验的最好水平,其对马约拉纳中微子质量项的限制精度达到了一百毫电子伏左右。下一代的实验将有希望把精度推进到几十毫电子伏。一旦中微子的马约拉纳性质被确定,那将是粒子物理学的一项重大突破。
令人遗憾的是,马约拉纳在发展了如今以他的名字命名的新费米子理论之后仅一年就神秘地失踪了。目前可以确认的记载是他购买了1938年3月25日从意大利西西里岛的巴勒莫前往那不勒斯的船票,而在这之前他从银行提走了自己所有的存款。但他却在那一天从人间蒸发,没有人知道他的行踪和下落。他的亲友、同事和后来的史学家猜测了如下几种可能性:
1)自杀;
2)逃往阿根廷,并在那里隐姓埋名地生活了二十几年;
3)遁入空门;
4)遭到绑架或杀害,以阻止他加入制造原子弹的项目;
5)沦为乞丐…
总之,马约拉纳的神秘失踪成了科学史上的一宗悬案,至今仍然困扰着很多人,而且不断有人宣称找到了他生或死的新证据,但似乎都不足为凭。
马约拉纳失踪后不久,他的导师恩里科·费米(Enrico Fermi)以一个大物理学家的独特眼光对自己的学生的智商和情商作了如下评价:
“…There are various kind of scientists in the world. The second-and third-rate ones do their best but do not get very far. There are alsofirst-rate people who make very important discoveries which are of capitalimportance for the development of the science. Then there are genius likeGalileo and Newton. Ettore Majorana was one of these. Majorana had greatergifts than anyone else in the world; unfortunately he lacked one quality whichother men generally have: plain common sense”
“…世上有各种各样的科学家。第二流和第三流的科学家竭尽全力,却无法走得很远。对科学的发展做出首要贡献的人是那些第一流的科学家。天才人物包括伽利略和牛顿,埃托雷·马约拉纳也是其中之一。马约拉纳比世人有更高的天分,但不幸的是他缺乏人人都具备的一种素质:朴素的常识。”
也许费米说得对,每一位天才都有让俗人无法理解的情怀。但无论如何,马约拉纳的传奇命运让神秘的中微子显得更加神秘。很多理论物理学家推测,幽灵一般的暗物质粒子或许也具有马约拉纳属性。果真如此的话,物质世界似乎处处存在着挥之不去的、来自马约拉纳的神秘气息。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。
在中国历史上,有许多杰出的军事将领为国家的繁荣和强盛做出了巨大贡献。其中,王详情
在中国古代历史中,有许多才华横溢的人物选择隐居山林,远离尘世纷争。其中,介子详情
在中国历史上,唐朝是一个繁荣昌盛的朝代。在这个朝代里,出现了许多杰出的人物,详情
在中国历史上,三国时期是一个充满传奇和英雄的时代。在这个时代里,蜀国的大将向详情
李陵,西汉时期的一位勇敢将领,因其在战场上的英勇表现而广受赞誉。然而,他的一详情
阿骨打,一个在历史上留下深刻印记的名字,他是金朝的开国皇帝,一位英勇善战、智详情
霍去病,西汉著名将领,以勇猛善战著称。然而,在历史长河中,他曾因射杀李敢而引详情
在清朝历史上,雍正皇帝以其果断严厉的治国手段和深入民间了解民情的做法而著称。详情
郭嘉,字奉孝,是东汉末年著名的谋士,被誉为“奇佐”。他在曹操手下表现出色,为详情
明朝历史上,张居正以其非凡的政治才能和改革精神被誉为一代名相。然而,他的死后详情
在三国历史的长河中,英雄辈出,各展雄才。然而,尽管徐晃曾在战场上击败过赫赫有详情
五代十国时期是中国历史上一个充满战乱和政治变革的时期,各地割据势力纷纷崛起。详情
在中国历史的长河中,有许多人物随着时间的流逝而被神话化,他们的事迹被口耳相传详情
在中国古代历史上,岳飞被害一案一直是人们关注的焦点。这位抗金英雄的不幸遭遇,详情
在中国古代历史上,有许多著名的政治家和军事家因其卓越的才智而名垂青史,其中三详情
秦始皇统一六国后,面对一个庞大而多元的国家,为了加强中央集权,巩固统治,他进详情
在战国时期的赵国历史中,赵惠文王是一个颇具争议的人物。他因饿死亲爹——赵武灵详情
在清代历史上,康熙帝的一生充满了传奇色彩。作为中国历史上在位时间最长的皇帝之详情
在中国古代历史长河中,皇位争夺总是伴随着血腥与权谋。春秋时期齐国的历史便记载详情
在中国唐朝,皇权显赫,宫廷文化繁盛至极。在那个辉煌的时代背景下,杨贵妃不仅是详情
《水浒传》作为中国古典四大名著之一,描绘了宋朝时期一群草莽英雄的故事。在梁山详情
在中国古代历史中,三国时期因其复杂的人物关系和战争策略而被后世广泛研究。其中详情
在历史长河中,蒙古铁骑和八旗都是以勇猛善战而著称的军队。然而,谁才是更厉害的详情
野狼坡之战,是唐朝历史上一场具有重要意义的战役。这场战役不仅对唐朝的边疆安全详情
在历史的长河中,战争往往是国家之间力量对比、文化碰撞和利益争夺的直接体现。公详情
在中国的历史长河中,有一场战役以其激烈的战斗和深远的影响而闻名于世,那就是明详情
在中国的历史长河中,有许多重要的战役都以其独特的战术和深远的影响而被人们铭记详情
好水川之战是一场发生在1038年北宋与辽国之间的战役。这场战役发生在今天的四详情
浅水原之战是中国历史上著名的战役之一,发生在公元755年。这场战争是唐朝与安详情
雅克萨之战是中俄两国之间的一场重要战役,发生在1858年。在这场战役中,清朝详情
雅克萨之战是中俄两国之间的一场重要战役,发生在1858年。在这场战役中,清朝详情
雅克萨是一座位于俄罗斯远东地区的城市,曾经在19世纪末期成为了中俄两国之间的详情
雅克萨之战是中俄两国之间的一场重要战役,发生在1858年。在这场战役中,清朝详情
在中国古代的神话传说中,姜子牙和鬼谷子都是极具智慧和能力的传奇人物。他们分别详情
一、背景介绍 秦始皇陵兵马俑是中国历史上最著名的考古发现之一,被誉为“世界详情
标题:秦始皇10大诡异事件 一、陵墓之谜 1. 兵马俑:秦始皇陵的兵马俑详情
虞姬,中国历史上著名的女性人物,她与项羽的爱情故事被后人传颂不衰。而刘邦,作详情
胤祥没有遭到雍正的清洗,但他在年轻时去世,这一点对于一些历史学家来说存在着一详情
满清十二帝内没有溥仪的画像,只有照片,是什么原因呢? 在满清十二帝中,没有详情
溥仪的文化水平不仅仅是初中程度,尽管他的户口本上写着“初中”,但这并不是他真详情
古人常说“不孝有三,无后为大”,而在皇权社会,皇帝不具备生育能力,可不仅仅是详情
息肌丸是什么东西?真的有这种药存在吗?息肌丸是一种有催情作用的美容香精,塞到详情
赵飞燕服用息肌丸保持美貌,息肌丸是什么东西呢?感兴趣的读者可以跟着趣历史小编详情
历史上绵亿是荣亲王永琪与侧福晋索绰罗氏所生育的王府中的第五子,但其他的孩子都详情
彼岸花,又称曼珠沙华,是一种充满神秘色彩的花卉。这种花通常盛开在秋季,其鲜红详情
在现代社会,我们依赖于各种产品来完成日常生活的各个方面。从智能手机到笔记本电详情
在我们的日常生活中,我们常常会忽视地球上的一些奇妙之处。然而,当我们从太空中详情
在生物多样性的广阔领域中,每一次新的物种发现都像是打开了一扇通向未知世界的窗详情
在这个世界上,有些物品的价值超越了我们的想象。它们不仅仅是物质的存在,更是艺详情
在世界的每一个角落,无论是热血沸腾的球场,还是电视机前的粉丝,都被一位女性棒详情
位于中国云南的九龙河瀑布群,被誉为“中国的尼亚加拉”,是中国最大的瀑布群。这详情
北仑河口,位于中国浙江省宁波市北仑区,是中国大陆海岸线的最南点。这里既有美丽详情
鸭绿江口,位于中国东北地区,是中国大陆海岸线的最北点。这里既有壮丽的山川河流详情
湖北省,位于中国中部,素有“千湖之省”的美誉。全省湖泊众多,水域面积占总面积详情
京九铁路,这条连接北京、上海、香港、澳门等9个省市的铁路干线,被誉为“中国跨详情
在《西游记》这部古典名著中,沙僧是唐僧取经团队的重要成员之一。他曾在天庭担任详情
在金庸先生的武侠小说《天龙八部》中,人物众多,各有各的特色和能力。然而,如果详情
在中国古典小说《水浒传》中,梁山好汉们以其独特的个性和武艺闻名于世。其中,张详情
在中国古代文化中,“九天”与“九泉”是两个充满神秘色彩的概念,它们经常出现在详情
《红楼梦》作为中国古代四大名著之一,以其丰富的人物形象、错综复杂的故事情节和详情
在《水浒传》这部古典名著中,梁山泊聚集了一群英雄好汉,他们因不同的原因上山落详情
“窦融归汉”是中国历史上的一段脍炙人口的典故,它的背后蕴含了丰富的智慧和深沉详情
端午节,作为中国四大传统节日之一,不仅以其独特的龙舟赛和屈原纪念活动而闻名,详情
在中国浩如烟海的神话传说中,有两位非常独特的存在——方相和方弼。他们以非凡的详情
中国的传统文化中,“八仙过海”是一个广为流传的故事,它不仅展示了八位仙人的智详情
《史记》,作为中国历史上第一部纪传体通史,由西汉史学家司马迁所著,其编撰背景详情