能量缺失之谜：新粒子的预测与发现

在1900年代初期，物理学家开始了解自然的组成部分。他们知道物质是由原子构成的，原子中含有带正电的原子核，原子核被带负电的电子包围。科学家们发现，一个原子可以通过一种称为β衰变的放射性衰变变成另一种原子，例如碳-14通过这种衰变变成了氮。因此，在β衰变中，不稳定的原子核会转变为具有相同质量但带有一个额外正电荷的不同原子核，并在此过程中发射一个电子。

物理学就是关于事物守恒的，在这里我们看到电荷在衰变前后是守恒的，因为在衰变后原子核中多了一个正电荷，同时也产生了一个额外的负电荷。但是，在这衰变中也应该守恒另一个量——能量。当时β衰变被称为两体相互作用，因为在衰变之后有两个新物体——新的原子核和电子。如果我们的新原子核没有移动，那么来自放射性衰变的所有能量都应该被电子带走。因此，当科学家们观察由β衰变产生的电子时，他们预计它每次都具有相同的能量。但实际情况并非如此，电子具有不同的能量，也就是说衰变前后的能量是不守恒的。

幸运的是，1930年泡利提出了一个令人惊讶的解决方案。他认为β衰变实际产生了一个未知的第三粒子，这将解决能量问题，因为三体相互作用将允许一些能量进入第三个看不见的粒子。这种新的未知粒子必须是电中性的，并且质量很小很难被发现，这才能解释科学家为什么以前没见过它。

很快，这种假设的粒子被称为中微子。事实上，当泡利第一次提出中微子时，他还是有点担心的，他说“我做了一件可怕的事，我假设了一个无法检测到的粒子。”不过，对我们来说幸运的是，泡利的预测是对的。中微子确实存在，它是我们谜团的解决方案。在25年后，中微子才第一次被检测到。

中微子的发现实际上是物理学史上一个非常重要的里程碑，它提出了更多科学家今天仍在试图回答的问题。