【快訊】2015年諾貝爾物理學獎頒給了這兩位科學家

2021-01-20 機器之心


今天(10月6日),2015年諾貝爾物理學獎頒給了這兩位科學家。



梶田隆章(Takaaki Kajita):日本物理學家,超級神岡探測器,日本東京大學。


阿瑟·麥克唐納(Arthur B. McDonald):加拿大物理學家。薩德伯裡微中子觀測站,加拿大皇后大學。


獲獎原因

因他們發現了中微子振蕩,證明了中微子擁有質量。


兩人的實驗證明了中微子會改變不同的味。這種改變需要中微子具有質量。這個發現改變了我們對物質的理解,對理解宇宙至關重要。



中微子在τ中微子、電子中微子和μ中微子之間轉換。


世紀交接之際,梶田隆章發現,超級神岡探測器探測到的大氣層中的中微子會在兩種味之間改變。同時,阿瑟·麥克唐納領導的加拿大研究團隊證明,來自太陽的中微子並不會在前往地球的途中消失。薩德伯裡微中子觀測站捕捉到它們時,發現它們發生了轉變。


超級神岡探測器旨在探測大氣層中的中微子。當一個中微子撞擊到水庫中的水分子時,就會產生一個快速的帶電粒子。這產生了切倫科夫輻射,被光探測器捕捉到。切倫科夫輻射的形狀和強度能揭示出引起它的中微子是什麼種類,以及來自什麼地方。到達超級神岡探測器的μ中微子比全球都多,這說明,旅行更遠的中微子會有更多時間來改變特性。


一個困擾科學家幾十年的中微子之謎就此揭開。與中微子數量的理論計算相比,多達2/3的中微子在地球上的測量中都消失了。現在,這兩個實驗發現,這些中微子只是改變了特性而已。


這個發現讓人們得出結論:長期被認為無質量的中微子,實際上是有質量的,儘管很小。


對粒子物理學來說,這是一個歷史性的發現。粒子物理學標準模型經受住了幾十年實驗的考驗,但是它卻需要中微子沒有質量。這個新發現清楚地顯示了,標準模型不能作為解釋宇宙的完整模型。


中微子,是繼光子之後,宇宙中第二豐富的粒子。地球無時不刻受到中微子的轟擊。許多中微子產生於宇宙輻射與地球大氣層的反應中。還有一些產生於太陽中的核聚變反應。每秒鐘,都有萬億顆中微子穿越我們的身體。幾乎沒有任何東西可以阻擋它們。中微子是宇宙中最難以捕捉的基本粒子。


現在,實驗仍在繼續,全世界都在開展各種各樣的研究,希望能捕捉到中微子,以研究它們的性質。新的發現將極大擴展我們對宇宙歷史、結構和命運的深刻認識。


中微子振蕩

中微子振蕩是一個量子力學現象。理論物理學家布魯諾·龐蒂科夫首先提出此猜想,他認為特定味的某一中微子可以轉化為不同的味。所探測到的中微子可能處於哪個味要由傳播中不斷改變的波形決定。中微子振蕩無論對理論物理還是實驗物理而言都是相當重要的。因為這意味著中微子具有質量,這與原始的粒子物理標準模型不相吻合。(摘自維基百科)



梶田隆章(1959年-),是日本物理學家、天文學家,現任東京大學宇宙線研究所所長、同研究所附屬宇宙中微子觀測信息融合中心負責人。梶田隆章受業於小柴昌俊、戶塚洋二,2002年三人共同獲得潘諾夫斯基實驗粒子物理學獎。2015年獲得諾貝爾物理學獎。


埼玉縣出身,埼玉大學理學部物理學科畢業。理學博士(東京大學)。1986年,梶田隆章擔任東京大學理學部助手,並開始中微子研究,在世界一流物理學家小柴昌俊、戶塚洋二門下學習,其後於觀測中微子時發現異樣,依此推測中微子震蕩的存在。為證實此一推論,需要龐大的觀測數據,超級神岡探測器因此應運而生。1996年,超級神岡探測器成功觀測大氣中的中微子,並測定其質量。1998年,在「中微子物理學・宇宙物理學國際會議」首次發表。1999年,梶田因此獲得日本物理學最高獎「仁科芳雄獎」。


梶田歷任東京大學宇宙線研究所助手(1988年)、副教授(1992年)、教授(1999年),現任東京大學宇宙線研究所所長(2008年至今)。


2014年,美國《今日物理》雜誌(Physics Today)預測,因戶塚洋二已故,梶田隆章可望與阿瑟·麥克唐納分享諾貝爾物理學獎。這一預言在2015年實現。


預言中微子震蕩的存在。小柴昌俊曾經說「在繼承我衣缽的弟子當中,有2人足以獲得諾貝爾獎」。一般認為他指的是戶塚洋二與梶田隆章。


1988年 - 朝日獎(集體獲獎)。

1989年 - 布魯諾·羅西獎(集體獲獎)

1999年 - 朝日獎(集體獲獎)。第45回仁科芳雄獎。

2002年 - 潘諾夫斯基實驗粒子物理學獎(集體獲獎)

2010年 - 第1回戶塚洋二獎

2012年 - 日本學士院獎

2015年 - 諾貝爾物理學獎



阿瑟·麥克唐納(Arthur B. McDonald,1943年8月29日-),加拿大物理學家、薩德伯裡中微子天文臺研究所主任。他還是女王大學戈登和帕特裡夏灰色粒子天體物理主席。2015年獲得諾貝爾物理學獎。


出生在新斯科舍省雪梨,1964年在達爾豪西大學獲物理學士、1965年獲碩士學位,並於加州理工學院獲物理學博士學位。1970至1982年任渥太華西北的喬克·裡弗核實驗室研究員。1982年至1989年在普林斯頓大學任物理學教授,後加入女王大學。目前是女王大學大學研究主席。


2001年8月,在麥克唐納的領導下,依據安大略省薩德伯裡中微子天文臺地下2100米的檢測設施的觀測結果,可推論出來自太陽的電中微子振蕩成為μ介子和tau中微子。麥克唐納和戸塚洋二被授予2007年富蘭克林獎章。


2008年,美國《今日物理》雜誌(Physics Today)預測,麥克唐納可望與鈴木厚人分享諾貝爾物理學獎。2014年又預測,其可望與梶田隆章分享該獎。如今看來,此預測不差毫釐。



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