北京時間10月6日消息，瑞典皇家科學(xué)院剛剛宣布，日本科學(xué)家梶田隆章(Takaaki Kajita)和加拿大科學(xué)家阿瑟-麥克唐納(Arthur B.McDonald)因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)中微子震蕩而獲得2015年度諾貝爾物理學(xué)獎。
今年的諾貝爾物理學(xué)獎獲獎人解決了中微子之謎，從而開啟了粒子物理學(xué)研究的嶄新篇章。物理學(xué)家梶田隆章以及阿瑟-麥克唐納(Arthur B. McDonald)分別來自兩個大型研究團(tuán)隊(duì)：超級神岡探測器團(tuán)隊(duì)以及薩德伯里微中子觀測站，他們發(fā)現(xiàn)了中微子在飛行過程中的轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。
搜尋正在進(jìn)行——在地下深處，巨大的研究設(shè)施中數(shù)以千計(jì)的探測器正等待著時機(jī)，以揭開中微子的謎團(tuán)。1998年，梶田隆章首先發(fā)現(xiàn)中微子似乎存在轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，在它們抵達(dá)日本超級神岡探測器的過程中，中微子的形式似乎發(fā)生了改變。這一探測設(shè)施所捕捉到的中微子是宇宙射線與地球大氣層相互作用所產(chǎn)生的。
與此同時，在地球的另一端，加拿大薩德伯里微中子觀測站的科學(xué)家們正在開展對來自太陽的中微子的研究工作。2001年，由阿瑟-麥克唐納率領(lǐng)的研究組首次證明這些中微子同樣存在類似的轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。
于是這兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果導(dǎo)致了一種新現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)——中微子震蕩。而更進(jìn)一步的意義還在于，曾經(jīng)長期被認(rèn)為是沒有質(zhì)量的中微子其實(shí)是有質(zhì)量的。這不管是對于粒子物理學(xué)還是對于我們理解宇宙的本質(zhì)都具有極重要的意義。
我們生活在一個中微子的世界里。每一秒都有數(shù)以萬億計(jì)的中微子通過你的身體。但你看不到它們，也感受不到它們的存在。中微子幾乎以光速在宇宙中傳播，幾乎不與物質(zhì)發(fā)生相互作用。那么它們究竟來自何方？
其中一些中微子是在宇宙大爆炸中產(chǎn)生的，其他則產(chǎn)生于空間或地球上的各種不同過程之中——從恒星衰亡時的超新星爆發(fā)，到核電站內(nèi)的反應(yīng)堆，以及自然發(fā)生的放射性衰變過程等等。甚至在我們的身體內(nèi)部，平均每秒也有超過5000個中微子在鉀的同位素衰變過程中被產(chǎn)生出來。在抵達(dá)地球的中微子中，大部分都源自太陽內(nèi)部的核反應(yīng)過程。在整個宇宙中，中微子的數(shù)量僅次于光子，是宇宙中數(shù)量最多的粒子之一。
然而，長期以來科學(xué)家們甚至都無法確認(rèn)中微子是否真的存在。事實(shí)上，當(dāng)中微子的概念最早由物理學(xué)家沃爾夫?qū)づ堇?Austrian Wolfgang Pauli)提出來時(泡利是1945年諾貝爾獎獲得者)，他的主要目的是想為由于β衰變過程中似乎表現(xiàn)出來的能量不守恒現(xiàn)象而感到絕望的物理學(xué)家們找到一個解釋。β衰變是原子核衰變的一種形式。在1930年12月，泡利以“親愛的(從事)放射性(研究的)女士們和先生們”開頭，致信給他的物理學(xué)同行。在這封信中，泡利提出，β衰變過程中的一部分能量可能是被一種具有電中性，弱相互作用且質(zhì)量極小的粒子所帶走了。但甚至是泡利本人也幾乎不相信這樣一種粒子是真實(shí)存在的。據(jù)說他曾經(jīng)說過這樣的話：“我做了一件糟糕的事情，我提出了一種不可能被探測到的粒子?！?/p>
不久之后，意大利物理學(xué)家費(fèi)米(Enrico Fermi，1938年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者)提出了一種優(yōu)雅的理論，并且其能夠?qū)⑴堇岢龅倪@種質(zhì)量極小且具有電中性的粒子也包含在內(nèi)。這種粒子被稱作“中微子”。沒有人會想到，這種小小的粒子將引發(fā)粒子物理學(xué)乃至宇宙學(xué)的革命。
但人們還需要等待大約1/4個世紀(jì)才能真正等來中微子被真正發(fā)現(xiàn)的日子。機(jī)會出現(xiàn)在1950年代，當(dāng)時由于核電站的建設(shè)，大量中微子從中產(chǎn)生。在1956年6月份，兩名美國物理學(xué)家弗雷德里克·萊因斯(Frederick Reines，1995年諾貝爾獎獲得者)以及克萊德·科溫(Clyde Cowan)給泡利發(fā)去一封電報(bào)——中微子在他們的探測器中留下了蹤跡。這一發(fā)現(xiàn)證明這種鬼魅般的粒子是真實(shí)存在的。
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