副标题：低能量热中微子如何影响物质的物理属性

一、引言

水银又称汞，周期表中的第80号元素，众所周知，长期以来，制作温度计的最好材料非它莫属。它的熔点低至零下-38.8°C，且通过共晶合金（eutectic system），还能实现更低温度测量，例如汞铊合金熔点可低至-60°C。

关于水银为何熔点那么低，教科书早已给出解释：都是原子核外电子排布的特殊性，以及K电子接近光速招致的相对论效应引起的。电子壳层按能级升序排列为：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10，可见它的所有电子都是配好对的，似乎很惰性，本不应该有导电性，因为貌似没有自由电子。

然而，水银的实际导电性仍然不低，工业上也常用来做水银开关。所以，电子壳层结构理论，不一定可万能地解释一切物理属性。显然，水银很高的温度膨胀系数，也是壳层理论不便解释的。

在对低能热中微子长期研究后，我似乎对水银的物性找到了更好的解释。当然，已有的电子壳层解释还是很重要，我的解释是在前述解释基础之上的补充。

二、水银的同位素以及关键成分的核数据分析

自然的水银，内含7种同位素：196Hg、198Hg、199Hg、200Hg、201Hg、202Hg和204Hg。

其中惟有占比13.2%的201Hg的核能级比较特殊。它基态的自旋为3/2，宇称为负号，并拥有超低的第一激发态：1.6keV，自旋宇称1/2-。可见，从基态跃迁到第一激发态还算容易的。

其第一激发态能级，仅次于最低的裂变燃料铀235的76eV。

三、热中微子介绍

地球环境中，存在大量的中微子辐射，其中，低能热中微子，占据了主要能谱区。大部分中微子来自太阳的热核聚变的副产品，也有部分来自地球元素的β衰变过程。

因β衰变释放的能量至少是keV数量级的。例如衰变能最低的天然元素是铼187Re，仅2.5keV，稍微低能的有氚3H，对应18.6keV。

再合并考虑自宇宙历史137亿年以来，积累并衰减在空间的残余史前中微子，我估计：能量在个位数keV的中微子，应该是地球环境的中微子主流成分。

我之所以称呼这类低能中微子为热中微子，是因为它们对应的物质波波长，在远紫外线至红外线波长之间。

根据De Broglie公式，物质波波长 = h/p，h为Plank常数，p为动量。由广泛猜测的中微子静止质量，不难算出1keV中微子对应的物质波波长为0.2nm，而刚能飞到光速的极端低能的常温中微子，物质波波长约8μm。对比参考：热中子的物质波长仅为1.8埃，比热中微子物质波长，短了3个数量级以上。

现有中微子检测技术，根本无法探测到热中微子波段的中微子，而现用的Cherenkov法，能探测到的大约在MeV能阶之上。故而,热中微子其实仍然是无法检测的准暗物质。

四、热中微子与201Hg的交互作用

与物质能量交换的可能性高低，决定了轻子与物质的反应截面积。例如可见光，容易使玻璃电介质极化，所以，呈现出高达百万靶（barn）以上的光学反应截面，即折射率非常显著。

同样低位核能级的同位素201Hg，一定会导致热中微子与水银的反应截面，呈指数级增长。下面是极可能发生的核激发反应和退激反应方程式：

V + ²⁰¹Hg → V^’+ ²⁰¹Hg^*

²⁰¹Hg^* → ²⁰¹Hg + γ(1.6keV)

式中V、V^’分别为原热中微子，以及能量衰减后的中微子；²⁰¹Hg^*为其第一激发态的核。

最终导致热中微子中性流的能量，以伽马光子释放/吸收的形式，转移到水银的原子热运动中去了。这也应该是水银物质团内部，难以形成固定金属晶格的原因。

该光子较难透出高密度的水银，可能会困在物质团块内部，衰减成很多更低能量的热光子，而最终耗散掉。

就算热中微子在即将穿出水银容器之前，仍未发生上述反应，下一次机会还是有的。因为如此低能的热中微子，其折射率很可能高于2，因而，从水银进入空气的界面上，发生光学全反射的可能性很高，盖因全反射的临界角度arcsin(1/n)很小的缘故。

只要热中微子能在水银内反复全反射，水银猎取热中微子能量的概率就会大大提高！

不用低能热中微子，改用1600V以上的启辉瞬态电压，乃至微弱的静电，也能激发201Hg，感生荧光。汞蒸汽之所以用于日光灯管，可能得益于这个特殊同位素。灯管厂家可以剔除201Hg后，试制实验专用日光灯和高压钠灯，看能否正常启辉？

顺便提及一下激发态能量最低的铀235U，仅有76eV。实在不凑巧，环境中如此低能的热中微子，应该少到可忽略不计，故而它的物性应不受此影响。

其它低熔点金属也含有低核能级的同位素组分，如镓，虽然在标准状况下为固体，但放在手掌心就可以靠体温融化。

五、我的预言

基于上述原因，我在此大胆猜测：脱除尽同位素201Hg的人工修改后的水银，只要散货凑够一定质量以上，很可能在常温下是固态；亦或虽仍为液态，但熔点肯定升高了很多。而且，其热膨胀系数，应该会大大减少，也许小到难以继续当做温度计材料。

水银的前一个序号元素即是黄金。估计去掉201Hg的人工水银，仍然不可能接近黄金的物性，这是由其原子电子壳层排列所命定的。

六、水银的热中微子光学应用展望

a. 折射应用

因为很高的电子密度，加之天然水银富含亲热中微子的201Hg同位素，故而，水银是理想的热中微子透镜材料，尽管水银不透明，也不需要非得透明。

液态的水银，更容易驱使其界面形成任意几何曲面，因而，做成可动态变焦的热中微子镜头也很方便。

因水银对热中微子的折射率估计较高，因而制成的透镜一般是凸透镜，且焦距可以做的比较小。

下面是近轴几何光学理论原理图，以及焦距计算公式。

b. 反射应用

水银做成抛物面反射镜后，应该可以反射热中微子。但反射率也许被透射率分流了较多，除非采取特殊措施。

水银在温度低至4.2K时，可变成超导体。若在其制成的反射镜面上，通以接近饱和的大电流，预期会使得热中微子的反射率大幅度提高。因为电子库伯对联手反射效果，肯定优于溃不成军的普通热电子群。

最后强调一点：本中微子光学理论，仅面向非常低能的热中微子！对能量大于100keV的快中微子，一切免谈，因为那些高能家伙，根本不尿任何物质，反应截面低到可怜的10^-40靶以下。

光子也是这副德行，能量超过10eV以上的光子，如极紫外光、X射线等，在物质里面，基本上也是直来直去不折腰的。

同位素分离成本比较昂贵，而我们的资金实力甚为有限。

为印证本文猜想，期待国内有实力的科研单位，能与千瓦厚实验室携手合作。期待合作方能制造出1公斤的人工水银，完全分馏掉201Hg同位素。当然，若仅仅造出几克之后，就能应证我预言的物性，就不必继续奔1kg的目标。

合作带来的后续系列成果，可以协商共享。

八、重大意义

我的预言来自深刻的理论分析。尽管我很有信心，但未来的证实或证伪都是可能的。

若证伪了，也不必沮丧，我大不了收回这个预言，合作方的损失也是有限少的。科研探索就是这样的，100%能做成的事情，就不叫探索了。相信双方都输得起。

若证实了，将极大推动热中微子及相应的光学理论，从实验室走向应用，引领未来清洁无公害核能新能源开发，最终造福人类！

聚焦后的热中微子，可以加速某些特殊天然同位素的贝塔衰变，这些同位素通常拥有很高的核衰变能量，但由于高旋锁定而动弹不得，例如钒50V高达2.2MeV能量被6个量子的自旋锁定，镥176Lu高达1.2MeV的能量被7个量子自旋禁锢！来自这些核素的核能，不会生成任何有害的放射性废料。

在天体物理方面，热中微子光学系统，或许能够对星核内部直接照相，这将大大促进人类对宇宙的认识深度！

九、参考文献

1、美国政府实验室公布的水银同位素201Hg核能级数据

http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/getdataset.jsp?nucleus=201hg&unc=nds

2、A prediction that bulk mercury without 201Hg may be solid in STP, Yanming Wei, Jul 2017, DOI:10.13140/RG.2.2.34695.70561 http://vixra.org/pdf/1707.0345v1.pdf

3、Laboratory-Scale Superconducting Mirrors for Gravitational Microwaves, Raymond Chiao, Mar 2009, arXiv:0903.3280.https://arxiv.org/pdf/0903.3280