2015諾貝爾獎物理學獎獲獎者介紹

2015年諾貝爾獎頒發給瞭梶田隆章(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,和同事一起發現瞭中微子振蕩,在粒子物理領域開辟瞭新的疆土。

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為質子,同時釋放出一個電子和一個中微子的過程。當發現β衰變,神秘的中微子還沒有被發現。

科學傢很納悶,為什麼β衰變過程中,電子隻帶走瞭一部分能量,而不是帶走總能量,也就是說,整個過程能量和動量沒守恒,而電荷守恒瞭。這樣的情況確實讓很多科學傢很崩潰,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。這也遭到瞭泡利的強烈反對。

後來,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。

中微子的發現

科學傢始終沒有放棄尋找中微子。但是,通過理論計算,科學傢發現,中微子的質量很小很小,幾乎接近於0,質量最大也就隻有電子質量的百萬分之一;而且它由於顯現的是電中性,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,美國科學傢萊茵斯和科萬經過多年的努力之後,終於觀測到瞭中微子的存在。他們采用的方式是,利用核反應堆中產生的反中微子與質子發生反應,使得最終產生中子和正電子。到瞭1995年,這兩位科學傢也因此獲得瞭諾貝爾物理學獎。

中微子的秘密

梶田隆章和阿瑟·B·麥克唐納發現“中微子振蕩”的新現象。它帶來瞭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,都具有開創性的意義。

研究中微子的意義

關於中微子的研究,也催生瞭中微子天文學的產生,成為瞭目前非常前沿和熱門的研究領域。就拿天文學傢手裡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餘熱,在宇宙大爆炸之後,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38萬年之後的歷史,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。