中国学科发展战略·无中微子双贝塔衰变实验
第1章 无中微子双贝塔衰变的粒子物理学机制
1.1 引言
1.1.1 从贝塔衰变到无中微子双贝塔衰变
随着放射性和原子核的发现及 (狭义) 相对论和量子力学的诞生，核物理学也在 20 世纪初期逐渐发展起来，其研究重点之一就是原子核的贝塔 (beta) 衰变。当时理论预期
体贝塔衰变反应的末态电子能谱是分立谱，即电子具有确定的能量和动量①，但是实验观测到的电子能谱却是连续谱。为了解释这一 出人意料的 “新物理” 现象，即理论预期与实验结果之间的矛盾，奥地利物理学家泡利 (Wolfgang Pauli) 于 1930 年 12 月底猜想：氚原子核的贝塔衰变可能是三体过程
即该反应的产物还包含一个电中性、自旋 1/2、质量很小的 “隐身” 粒子 Ve。这个当时被泡利称作 “中子” 的新粒子带走了一部分能量和动量，因此实验上测得的电子能量分布才变成了连续谱。
体贝塔衰变反应的末态电子能谱是分立谱，即电子具有确定的能量和动量①，但是实验观测到的电子能谱却是连续谱。为了解释这一 出人意料的 “新物理” 现象，即理论预期与实验结果之间的矛盾，奥地利物理学家泡利 (Wolfgang Pauli) 于 1930 年 12 月底猜想：氚原子核的贝塔衰变可能是三体过程
即该反应的产物还包含一个电中性、自旋 1/2、质量很小的 “隐身” 粒子 Ve。这个当时被泡利称作 “中子” 的新粒子带走了一部分能量和动量，因此实验上测得的电子能量分布才变成了连续谱。
为了将泡利的假想粒子 “中子” 与后来英国物理学家查德威克 (James Chad- wick) 于 1932 年发现的真正中子 (neutron) 区分开来，意大利物理学家费米 (Enrico Fermi) 等为前者取了更加贴切的名字：中微子 (neutrino)，即微小的中性粒子。1933 年底，费米将泡利的中微子假说、英国物理学家狄拉克 (Paul Dirac) 关于产生与湮灭算符的概念以及德国物理学家海森伯 (Werner Heisenberg) 提出的同位旋对称性有机地结合在一起，建立了贝塔衰变的有效场论 [1_3]。基于这一理论，最简单、最基本的贝塔衰变过程 n p + e- + Ve 实质上是通过由质子和中子构成的核子流与由电子和电子型反中微子构成的轻子流之间的相互作用而发生的，两者的耦合系数就是费米耦合常数 GF = 1.166 x 10-5 GeV-2。