第五百一十六章 潜心研究 (第3/3页)
理学跟数学还是有不一样的地方，数学上只要是正确的推理，逻辑上基本上无懈可击。
物理学的话，不管什么理论，即使非常符合理论，也需要诸多证据相互佐证，直到没有任何问题后，才会得到物理学界的广泛认可。
这就好比当初苏联物理学家布鲁诺·庞特克威和弗拉基米尔·格利鲍夫在1969年提出的中微子振荡理论，这种想法最初被提出来时，并没有得到大多数物理学家的接受。
但是随着时间的推移，越来越多的证据开始倾向于中微子振荡的存在。
这种超出了标准模型框架的新物理，才得到了物理学界的认可。
庞学林提出的惰性中微子理论也一样，即使他已经提出了足够多的证据，想要得到在座众人的完全认可，依旧很难。
这时，季青青率先出声道：“庞教授，不可否认，你的理论以及所提交的证据，都非常具有说服力，但是这里，我有几个问题。”
“季教授，请说！”
“据我所知，虽然目前宇宙中微子背景辐射观测阵列卫星功率谱的测量精度已相当高。从中微子振荡实验可以知道，中微子中的最大质量至少超过0.04eV，现在的中微子质量限制已接近这一大小。不过，这里的一个问题是，尽管偏袒因子一般可以作为常数，但在较高的精度上这一假设仍有可能失效，偏袒因子如有微小的尺度依赖性，即b不是常数而是b(k)，就可能导致中微子质量测量的较大误差。你是如何解决这个问题的？”
庞学林笑了笑，说道：“很简单，我们可以用几种不同的方法测量中微子质量，通过对比可以得出中微子卫星观测阵列数据中误差大小。例如，随着宇宙膨胀中微子的热速度弥散逐渐降低，同时不均匀的物质大尺度结构会引致中微子获得较大的本动速度——这是因为中微子本身质量小、速度弥散大，因此其传播中感受的引力场平均值与普通的冷暗物质不同，这导致中微子与暗物质间存在相对速度。而这种相对速度的存在，导致中微子密度相关函数或功率谱存在偶极矩。尽管中微子的密度本身无法直接观测，但中微子和暗物质密度会对不同类型的星系产生不同的影响，因此通过观测不同类型的星系互相关函数的偶极矩，可以测量上述中微子分布偶极矩。尽管这样测量的互相关函数也依赖偏袒因子，但偶极矩的大小对偏袒因子并不敏感，从而提供了一种极佳的中微子质量测量手段。此外，非线性的结构如暗物质晕也产生中微子尾迹，这种尾迹也存在偶极矩，未来可以通过弱引力透镜进行统计观测。”
季青青沉吟片刻，脸上露出笑容道：“你这想法不错！”
这时，曹广云也跟着出声道：“庞教授，目前较大的巡天包括斯隆数字巡天（SDSS）及其后续的BOSS，eBOSS 等巡天，以及WiggleZ 巡天。SDSS 第7 次释放数据（DR7）给出了其观测的亮红星系（LRG）红移分布数据。这些星系的恒星形成率较高而较蓝，虽然连续谱光度不很高，但因有显著的发射线谱线而便于进行红移测量。综合这些大尺度结构和CMB 数据得到的中微子质量限制95%.限制。而且加入引力透镜效应后限制稍弱但变化不大。在你的这篇论文中，星系引力透镜数据也可以用于限制功率谱和中微子质量，但目前的星系引力透镜数据还不精确且其给出的结果与其他观测数据存在一定冲突，你是如何解决这个问题的？”
庞学林不慌不忙，淡淡笑道：“曹教授，你可以翻到论文第十三页，可以看到，SDSS LRG 给出的限制比WiggleZ
稍强，尽管后者有更大的巡天有效体积。我认为，这是因为SDSS LRG 巡天的区域较为规则，其窗口函数更锐利一些，不同波数k的测量结果关联较小，而WiggleZ 的窗口函数则比较宽。在综合了所有数据后，给出的最强限制是Σ mν<0.11eV（95%.）。除了星系外，当人们观测高红移的类星体时，在其光谱中可以看到拉曼α吸收线丛，这是光子在传播途径中被不同红移处的电离星系际介质内含有的少量中性氢吸收形成的，通常称为拉曼α森林，这反映了星系际介质的分布，提供
了另一种测量有关尺度上物质密度涨落的手段。拉曼α谱线本身处在紫外波段，受地球大气吸收影响，低红移的类星体拉曼α吸收线在地面很难观测，但2.1
会议室再次安静了下来，过了好一会儿，都没人说话。
乔安华开口道：“大家都没什么疑问了吗？”
众人均摇了摇头。
乔安华笑道：“那好，庞教授，我有最后一个问题，不可否认，你这篇论文通过宇宙中微子背景辐射观测阵列来测量太阳中微子射流质量的方法，得出的数据确实非常符合你的理论模型。但这种办法毕竟还是一种间接证明法，我想问有没有更为直接的办法证明惰性中微子的存在！”
乔安华话音落下，会议室内顿时响起了一阵骚动。
曹广云笑道：“老乔，你这个问题就有些抬杠了，如果还能找到更加直接的测量方法，那庞教授的惰性中微子理论几乎就是板上钉钉了……”
乔安华笑了笑，没出声。
众人顿时将目光聚焦到庞学林身上。
庞学林笑着说道：“乔教授，其实这正是我接下来想要说的，过去三个月，我除了整理中微子阵列观测数据外，也在想还有没有更好的办法去证明惰性中微子的存在，而且还真给我找到了。”
“什么办法？”
庞学林这话一出口，会议室内再次骚动起来。
就连一直没有说话的沈渊，脸上也流露出了一丝惊容。
庞学林笑道：“不知道大家有没有听说过无中微子双β衰变？”
“无中微子双β衰变？”
会议室内的众人脸色一变。
庞学林笑着说道：“大家应该记得泡利1930年为了解释贝塔衰变连续能谱而纠结地发明了中微子么？原子核中一个中子变为质子的衰变叫β衰变，如果有两个中子同时变为两个质子的衰变叫双β衰变，这个好像并不难理解。可是泡利告诉我们每一个β衰变都应该有一个中微子伴随而来，因此双β衰变应当是双中微子伴随双β衰变才对？但是后来，物理学家们却发现，虽然大部分双β衰变都出现了一对中微子，但实验中也存在着无中微子双β衰变现象。一百多年过去了，这个现象到现在都还没找到合理的解释吧？”
庞学林这番话一出口，乔安华、曹广云、季青青、刘旭等人脸上就流露出了震惊的表情。
乔安华道：“庞教授，你的意思是，所谓的无中微子双β衰变并非没有产生中微子，而是产生了一对我们观测不到的惰性中微子，所以才出现了所谓的无中微子双β衰变现象？”
庞学林笑着点了点头，说道：“我们还是从琢磨不透的中微子说起吧。我们知道狄拉克方程是描述费米子的场方程，正电子是狄拉克电子海洋中的带负能量的空穴。1937年，意大利的天才青年物理学家马约拉纳因为不满意狄拉克方程中电子和正电子之间的非对称性，将正、反粒子的场组合成一个同时满足正、反粒子的对称性和狄拉克方程的场，对应的粒子就是所谓的马约拉纳费米子，它们是自己的反粒子。马约拉纳在文章中提出，中性的中微子可能就是这种新的马约拉纳费米子。”
“1938年，前途无量的马约拉纳神秘地失踪，从此没有人再见过他。中微子到底是狄拉克费米子还是马约拉纳费米子在此之后就成了公案。在普通的β衰变中，不论是狄拉克还是马约拉纳理论电子一定伴随着反中微子出现，在观测上没有区别。1939 年，哈佛大学的弗瑞提出可以通过寻找无中微子双β衰变来对中微子的本质做出判断，也就是说寻找双β衰变中仅仅有两个电子而没有中微子的末态反应。这种反应的原理就是：一个原子数A电荷数Z的原子核一次发生（A，Z）→（A，Z+2）+e-+e-+v-e+v-e的反应，由于要求一次性发生这种反应，需要确保中间态原子核（A，Z+1）是一个虚态，也就是要求其核质量上比母核（A，Z）要大，第一次β衰变不会发生。而无中微子双β衰变要求第一个β衰变放出一个虚的中微子在第二个β衰变中被吸收，以至于形成没有中微子的双贝塔末态，这种反应只有中微子是马约拉纳粒子才可能发生。符合这样条件的天然原子核有三十多种。有趣的是，早期预言的无中微子双β衰变比普通双β衰变更容易发生，其半衰期在1015 年左右。”
“但现在，我想我们有了更为合理的解释，双β衰变中，所谓第一个β衰变，放出一个虚的中微子在第二个β衰变中被吸收，我们不如说第一个β衰变中产生了一个惰性中微子，在第二次β衰变中这种惰性中微子转化成另一种中微子，被第二次β衰变吸收了，所以才没有形成中微子的双β末态。至于实验证明的话，我想这个难度不大吧？！”
乔安华笑道：“这没什么难度，我手下一个博士生都能做！”
曹广云起身道：“老乔，那还等什么，我们现在就去实验室！”
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