困惑人们四分之一个世纪、幽灵般的中微子之谜还未解开。如今有迹象表明,太阳射出的中微子数量有亏损;(小)戴维斯(R. Davies)首先用30年以前设计的实验方法对此作了测量,由此给出了太阳核心和近核处热核反应的直接证据。一大罐600吨四氯乙烯纯净液体藏之南达科他州Lead镇的有1500米厚覆盖层的Homestake矿井内。

纯净液体包含同位素37Cl,电子型中微子偶尔与其作用,产生37Ar;反应式为υc+37Cl→37Ar+e-。每两个月收集37Ar原子。当其浓聚时,产生和衰变达到平衡。37Cl转变成37Ar是个吸热过程;用这个过程可能检测到其能量仅超过0.8 MeV的中微子。

过了25年,被测量到的中微子流量始终只有预算的三分之一;但设想依据与太阳模型的细节无关,而预算值几乎完全由氢和氘向重元素的转变率以及因此由太阳发射的能量总值所确定。

后来用另外的设备重复了这项测量,其中日本的所谓Kamiokande实验(把一大罐6000吨纯水置于深矿井中)是最有意义的。该实验立足于如下设想:中微子被电子散射,通过契仑科夫辐射探测电子(倘若电子的速度大于水中的光速)。

该实验的优越性在于:通过中微子从原子中撞击出电子,可能获得其定向信息(以证实中微子确实由太阳沿该方向射出),并确定它的能量。因为电子的散射仅为其速度超过水中的光速时才能被检测到。Kamiokande实验检测到太阳中微子的能量超过8MeV;检测比率约为预算值的一半,尽管其测量误差随能量增高而降低。

这项测量至今仍尚有不足之处:探测不到低能中微子;按猜测太阳产生的中微子最丰富,通过反应p+p→d+e-c(d是氘核)从质子对的简单聚变产生中微子。现在设计其他实验以弥补此不足,但似乎并未改变如下结论:太阳的中微子流量比预算值减小相当大的比例。

那末,粒子物理的标准模型失算得太厉害了吧。可能并不怎么严重,但为了确认它是自洽的理论,或许要增加实验上的证据。

还远未弄清,为什么有三类电子——不仅有普通的电子e±,还有μ±和τ±,以及相应的中微子υc,υμ,υr及其反粒子。中微子不带电,习惯上还假定其没有质量;并且还猜测存在几代轻子(这里所说的3种电子及相应的中微子属于第一代轻子),彼此间不直接相互转化。

至今对中微子亏损的似乎合理的解释仅见长于:有一凭借三种中微子振荡态的形式——抵达地球的太阳中微子流大约等于这三者的总和。因为μ型中微子和τ型中微子与其他物质粒子的相互作用比υc更小,所以被实验记录下来的数目有亏损。而中微子有很小的质量,大约为零点几电子伏,这一点可能与“闭合”宇宙所提出的质量失踪问题相关联。

上述情况给电弱作用理论造成困难:这引起过去30年在概念上的巨大进步,此乃指轻子与其他粒子并非直接地,而是凭借中间矢量玻色子W±和Z°的媒介而相互作用。

μ子过反应υ±→e±cμ而自发地转变成电子,这不同于所猜测的反应υ±e±+γ(γ为光子)。其解释为:此转变必须通过虚W±粒子的中介作用才发生,虚W±的质量甚大,这保证转变反应很少发生,以致W±的寿命很长。

中微子亏损问题最终得由实验解决。试图以几种新设计的中微子探测器提供振荡现象的直接验证。理论上的结论不够明确。大统一理论可能适于解释中微子振荡,并还预言存在磁单极以及质子衰变现象;这些都还未被观测到。