諾貝爾明星巡禮系列（六）——2015年物理學獎：鬼魅的中微子

2015諾貝爾獎物理學獎獲獎者介紹

2015年諾貝爾獎頒發(fā)給了梶田隆章（Takaaki Kajita）和阿瑟·B·麥克唐納（Arthur B. McDonald），獎勵他們分別身為各自團隊中的核心研究者，和同事一起發(fā)現(xiàn)了中微子振蕩，在粒子物理領域開辟了新的疆土。

中微子

在宇宙中，存在著一種神奇的粒子，它可以輕易地穿過各種物質，每秒鐘都有接近1萬億個這種粒子穿過身體，我們卻根本無法察覺到。這種粒子鬼魅一樣的存在，也被我們稱之為：幽靈粒子。它其實就是大名鼎鼎的中微子。

神秘的中微子

β衰變，是指原子核內中子轉變?yōu)橘|子，同時釋放出一個電子和一個中微子的過程。當發(fā)現(xiàn)β衰變，神秘的中微子還沒有被發(fā)現(xiàn)。

科學家很納悶，為什么β衰變過程中，電子只帶走了一部分能量，而不是帶走總能量，也就是說，整個過程能量和動量沒守恒，而電荷守恒了。這樣的情況確實讓很多科學家很崩潰，就拿愛因斯坦的強勁對手尼爾斯·波爾來說吧，這種“能量不守恒”的情況，差點都讓他要放棄能量守恒定律。這也遭到了泡利的強烈反對。

后來，費米就把這種粒子命名為：中微子。不過，當時的人其實一直都沒有找到這種粒子存在的證據(jù)。

中微子的發(fā)現(xiàn)

科學家始終沒有放棄尋找中微子。但是，通過理論計算，科學家發(fā)現(xiàn)，中微子的質量很小很小，幾乎接近于0，質量最大也就只有電子質量的百萬分之一；而且它由于顯現(xiàn)的是電中性，所以它又不會參與電磁相互作用；再加上中微子的穿透力極其強，想通過弱力捕捉到它的概率是極其低的。所以，想要捕捉中微子的難度可想而知，1956年，美國科學家萊茵斯和科萬經(jīng)過多年的努力之后，終于觀測到了中微子的存在。他們采用的方式是，利用核反應堆中產(chǎn)生的反中微子與質子發(fā)生反應，使得最終產(chǎn)生中子和正電子。到了1995年，這兩位科學家也因此獲得了諾貝爾物理學獎。

中微子的秘密

梶田隆章和阿瑟·B·麥克唐納發(fā)現(xiàn)“中微子振蕩”的新現(xiàn)象。它帶來了一個影響深遠的結論：長期被認為沒有質量的中微子，其實必須是有質量的。這個結論無論是在粒子物理領域，還是我們對宇宙本身的理解，都具有開創(chuàng)性的意義。

研究中微子的意義

關于中微子的研究，也催生了中微子天文學的產(chǎn)生，成為了目前非常前沿和熱門的研究領域。就拿天文學家手里的武功秘籍宇宙微波背景輻射來說，它其實是宇宙大爆炸的余熱，在宇宙大爆炸之后，38萬年的時候，才開始在宇宙中傳播。也就是說，通過宇宙微波背景輻射，我們可以知道宇宙38萬年之后的歷史，但前38萬年的歷史，我們是沒辦法知道的，這就可以通過觀測“中微子”來實現(xiàn)。