中微子被稱「宇宙隱身人」 無論多小都有質量(圖)

　　瑞典皇家科學院6日宣布，將2015年諾貝爾物理學獎授予日本科學家梶田隆章和加拿大科學家阿瑟·麥克唐納，以表彰他們在發現中微子振蕩方面所作的貢獻。

　　諾貝爾物理學獎評審委員會宣布這一消息時認定，兩名獲獎者證明了中微子無論多小都具有質量，這一發現改變了人們對物質內部運作的認識，有助提升人類對宇宙的認知。

　　上述兩名獲獎者將平分800萬瑞典克朗(約合92萬美元)的諾貝爾物理學獎獎金。在接下來的幾天裡，諾貝爾化學獎等其他獎項的評選結果將逐一揭曉。

　　你聽說過中微子嗎？

　　在科幻小說《三體》中——

　　書中提到用中微子或者引力波來進行通訊是未來世界的兩大通訊技術。中微子通信的強悍之處是幾乎不會衰減和畸變。只不過，同樣是光速傳播，中微子只能定向發送，不能向所有方向廣播，不方便作為威懾手段。

　　在電影《2012》中——

　　在這部電影中，世界是這樣毀滅的：太陽峰年到來時，來自太陽內部的中微子穿過並逐漸加熱地球核心，使地球板塊加速漂移，黃石超級火山爆發，整座城市沉入大海，數十億人無家可歸……

　　中微子去哪兒了？

　　人們一直有個問題：中微子會失蹤。研究者能夠計算出太陽應該產生多少中微子，但實際測量到的卻只有1/3。實驗證明，中微子能夠在飛行中變身。一位果殼網網友這樣描述「中微子振蕩」過程中的「粒子大變身」：假設中微子這種基本粒子是一群普通青年，他們「十一」去遠遊，到了地方發現人只剩約1/3……後來人們發現普通青年沒丟，但變成了文藝青年，這叫中微子振蕩。

　　中微子正在穿過你的皮膚！

　　果殼網在微博上表示：(沿太陽方向)每平方釐米的皮膚每秒都有約650億個中微子穿過。

　　被中微子穿透，會害怕嗎？其實你自己也是個中微子源，僅人體內鉀的衰變，一天就能產生將近5億個。

　　有沒有大微子和小微子呢？

　　獲獎科學家研究的是中微子。那有沒有大微子和小微子？沒有。中微子的「中」，並不是代表粒子「個頭」的大小，而是指粒子呈「電中性」。「微」才是這種粒子的「身材」描述。

　　觀測中微子的機器長啥樣？

　　「為了觀察太陽，你得深入到地下幾千米的地方。」 阿瑟·麥克唐納說。兩位獲獎者梶田隆章和阿瑟·麥克唐納就分別來自兩個地下深處的中微子觀測站：超級神岡探測站和薩德伯裡觀測站(如圖)。建在地下是為了去除宇宙輻射和周圍環境中自發的放射性衰變造成的噪音影響。超級神岡探測器身處地表以下1000米處，包含一個40米見方、裝有50000噸水的大箱子。而薩德伯裡觀測站則有2100米深，用來測量來自太陽的中微子。

　　獲獎理由

　　他們發現——中微子無論多小都有質量

　　發現了「宇宙隱身人」的奧秘

　　中微子是宇宙中的最基本粒子之一，以接近光速運動。它不帶電，可自由穿過地球，與其他物質的相互作用十分微弱，被稱為宇宙間的「隱身人」。在很長一段時間裡，中微子都被認為不具質量。

　　這兩位科學家的發現證明了中微子振蕩現象，揭示出中微子無論多小都具有質量，這是粒子物理學的歷史性發現。

　　瑞典皇家科學院在新聞公報中說：「這兩名獲獎者的研究對證明中微子改變特徵作出了關鍵性貢獻，引發這種物理變化需要中微子具有質量，他們的發現改變了人類對物質內部運作的理解，並能提升對宇宙的認知。」

　　挑戰楊振寧的標準模型理論

　　按照評審委員會的說法，梶田隆章和麥克唐納的發現對美籍華裔物理學家、諾貝爾獎得主楊振寧所開創的標準模型理論而言是一個挑戰。

　　標準模型理論是一套描述基本粒子的物理理論，隸屬量子場論的範疇，並與量子力學及狹義相對論兼容，是自牛頓經典物理學之後最接近「大一統」的一套自然哲學觀。

　　「(梶田隆章和麥克唐納的)實驗揭示出經典模型理論第一個明顯的裂縫，」評審委員會說，「顯而易見的是，標準模型理論不可能成為描述宇宙基本構成物如何運作的一套完全理論。」

　　目前，來自世界各地的科學家正不斷探索中微子的奧秘。「發現它們最深處的秘密有望改變我們現階段對宇宙歷史、結構及其未來命運的認知，」評審委員會說。

　　揚子晚報記者連線

　　「中微子」研究到底和我們的生活有著怎樣的關聯？昨天，記者聯繫上了南京大學物理學院教授許昌，許教授表示，「中微子」不僅是學術研究的熱點問題，而且和我們普通人的「距離」也並不遙遠。每一秒鐘，都有幾萬億個中微子穿過人體。

　　揚子晚報記者 楊甜子

　　「幽靈粒子」其實「觸手可及」

　　「這是一種中性的、微小的粒子，因此得名『中微子』。通過各種核物理實驗，科學家們很早就發現了中微子的存在，此後，便不斷的對中微子的振蕩、質量等相關問題進行深入的研究。」許昌教授介紹，中微子是構成物質世界的基本粒子之一。恆星內部的核反應，超新星的爆發，宇宙射線與地球大氣層的撞擊，核反應堆的運行，以至於地球上巖石等各種物質的衰變，都能產生中微子。

　　而且，中微子並不是專屬於物理學家的「專利」，在我們每一個人的「身邊」，中微子其實都「觸手可及」。每秒鐘，都有幾萬億個中微子自由地穿過人體。只不過，由於中微子不帶電，而且質量非常小，因此和其他粒子的作用微弱，不易被感知，也很難被探測到。因此，中微子也成了基本粒子中人類所知最少的一種。科學家們甚至給中微子起了個綽號，名叫「幽靈粒子」。

　　「物理學領域裡，許多物理學分支都涉及到對中微子的研究，如在粒子物理，原子核物理、天體物理和宇宙學等領域都有對中微子的研究。」許昌說。

　　「振蕩」其實是「轉變的過程」

　　此次諾獎物理學獎授予的，是兩位研究中微子振蕩的科學家。「振蕩」是一個較為學術的概念，許昌教授告訴記者，中微子的振蕩比較特殊，不是所有的粒子都有「振蕩」這個性質。通俗理解振蕩，可以將其理解為「轉變的過程」。

　　「中微子有不同的類型，各個類型之間的轉變，其實就是『振蕩』。」

　　許昌教授告訴記者，經過幾十年的科研探索，中微子研究取得了巨大進步，先後有多次重大進展獲得了諾貝爾物理學獎。

　　研究中微子意義何在？

　　在物理學界，不少人都有這樣的共識，中微子雖然「其貌不揚」，但它在微觀物理粒子規律和宏觀的宇宙演化中都有著重要地位，甚至可能與宇宙中的反物質消失之謎有關。因此科學家們都「爭先恐後」的投入到了中微子研究中去。

　　許昌教授就此打了一個比方，「曾經在電磁波被發現時，也曾有人提出類似的質疑，電磁波研究似乎並不『接地氣』，它的意義何在？但如今，電磁波已經和我們的生活息息相關，我們打電話使用的手機、電腦聯網等，都需要使用電磁波。沒有基礎研究的重大突破，很難有應用技術上的創新和進步。」許昌堅信，科學家們對於中微子的研究和探索，不但可以推動物理學基本理論的進一步發展，同樣會澤被後世。

　　南大校友牽頭進行大亞灣實驗

　　中國科學家們對於中微子的探索也從未停止。許多關於中微子的謎團正在解開。「實際上，我們中國的中微子研究在近些年做的非常好。」許昌透露，2012年我國進行的「大亞灣國際合作實驗」首次發現了中微子的第三種振蕩模式，並獲得了精確的測量數值。帶領中國學者們一起完成這項重大物理成果的項目首席科學家、中科院高能物理研究所所長、我國粒子物理實驗研究的主要學術帶頭人王貽芳，正是南京大學物理學院知名校友。

　　「大亞灣國際合作實驗」歷時8年，研究人員在核電站旁掘地3000米，經過數次爆破，完成了6個中微子探測器的研製和裝配。這項震驚學界的研究，更是為當時正處在「岔路口」的中微子研究，找到了未來發展的方向。

　　據悉，在當時，許多關於中微子的謎團尚未解開，首要亟需解決的問題就是精確測定中微子混合參數θ13。如果這個值很小或者沒有，中微子研究的前景將會停滯。θ13數值的大小決定了未來中微子物理研究的發展方向。大亞灣實驗便是瞄準了θ13的精確測量。因此，在大亞灣地下進行的中微子實驗，受到全世界粒子物理學家的熱切關注。這個難以捉摸的參數首次被精確測量，極大地振奮了國際高能物理界。

　　對於量子力學而言，獲獎成果將物理學研究指向了超越標準模型的高度。

　　對天文物理學來說，中微子對星際間能量傳輸十分重要。

　　在宇宙學領域，中微子可能在大規模結構的形成中發生了作用。

　　中微子研究依然面臨著遼闊的未知疆域……