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加拿大日本双雄夺物理诺奖 破隐身人之谜
2015-10-07 08:35 来源:Vansky
瑞典皇家科学院6日宣布,把2015年度诺贝尔物理学奖,授予东京大学宇宙线研究所教授梶田隆章和加拿大安省女皇大学(Queen's University)名誉教授麦克唐纳,原因是他们发现中微子振荡现象,证明了基本粒子之一的中微子具有质量,破解宇宙「隐身人」(中微子)之谜,修改了基本粒子物理学的基本法则。这项发现有助解释宇宙起源。
中微子是构成物质的最小单位的基本粒子之一,围绕中微子是否有质量的论证持续了半世纪。56岁的梶田隆章,15年前介绍了某种中微子从宇宙到达位于日本本州岛中部的神冈中微子探测器途中,其特徵会出现两种转变。而72岁的加拿大科学家麦克唐纳(Arthur B. McDonald),同时证明了不同种类太阳中微子在抵达地球途中会相互转变种类。中微子是宇宙中数量第二多粒子,仅次于光子,两人发现中微子振荡效应,这是中微子在两种形态间摆荡的过程。中微子拥有在飞行中变身为其他种类的性质,这只有具有质量时才会发生。
每秒数万亿个穿人体
瑞典皇家科学院在新闻公报中说:「这两名获奖者的研究对证明中微子改变特徵作出了关键性贡献,引发这种物理变化需要中微子具有质量,他们的发现改变了人类对物质内部运作的理解,并能提升对宇宙的认知。」诺贝尔委员会说,他们的发现「改变了我们对物质最深处活动的了解,而这对我们对宇宙的看法可能关系重大」。
委员会说,宇宙射线与地球大气层之间的反应会产生大量中微子,太阳内部的核反应也会产生中微子,每秒钟有数万亿个中微子从我们身体穿过,没有任何东西可以阻挡它们。目前,全球的相关实验主要集中于捕捉中微子并检测其属性,探究中微子的神秘世界有望改变人类对宇宙历史、宇宙结构及其未来命运的认识。
中微子是非常小的基本粒子,能自由穿过地球,不与任何物质发生作用,因而难以捕捉和探测,被称为宇宙中的「隐身人」。根据1970年代建立的作为基本粒子物理学基础的标准理论,中微子不具有质量。而两人的研究改写了这一理论,对于探究物质和宇宙起源的研究产生了巨大影响。
成功捕获中微子
梶田担任东京大学助教的时候,在位于岐阜县飞驒市神冈町的地下矿山遗址内的中微子观测设施「超级神冈」中,观测到了在大气中产生的大气中微子,1998年,他发现了证明中微子振荡现象。2004年,日本研究人员还利用质子加速器向相距250公里的神冈中微子探测器发射中微子。根据理论值,研究人员最终应捕获到150个中微子,而实际捕获的中微子只有108个。研究者认为,未能捕获到的中微子在穿过大气和地球时发生了振荡现象。据称,两名获奖者将平分800万瑞典克朗的奖金。
师徒相继获奖 神冈实验室「超神」
本年度诺贝尔物理学奖得主田隆章,师从小柴昌俊,师徒二人先后于2002年和今年拿下诺贝尔奖,也让所属的「神冈实验室」写下科学史的一项传奇。而日本学者连续两年获物理诺奖,展现了日本基础科学研究的实力。
梶田隆章是2002年夺得诺贝尔物理学奖的东京大学特别荣誉教授小柴昌俊的弟子。来自同一研究团队的科学家两次获得诺贝尔物理学奖,据报这在日本还是第一次。挑战宇宙之谜的日本中微子研究,再次赢得了科学界的最高荣誉。
1987年,小柴主导在飞驒市地下1000千米设置东京大学建造的大型中微子探测器「神冈探测器」,全球首次捕捉到星云大爆炸时产生的中微子。承继此项研究的,则是田的另一位恩师户塚洋二。户塚藉助升级版装置「超级神冈探测器」,在世界上首次捕捉到构成中微子拥有质量证据的现象,令其获得诺奖之声顿起。2002年,小柴与户塚洋二、梶田隆章三人共同获得「潘诺夫斯基实验粒子物理学奖」。同年,小柴因「在天体物理学领域作出先驱性的贡献,包括在探测宇宙中微子和发现宇宙X射线源方面的成就」而获得诺奖。
小柴曾经扬言「在继承我衣钵的弟子当中,有两人足以获得诺贝尔奖」,一般认为他指的是户塚与梶田。美国《今日物理》杂志去年就曾预言,由于户塚七年前患肠癌去世,梶田有望与麦克唐纳分享诺贝尔奖,结果命中。
台湾中央研究院物理所副所长王子敬称,诺奖颁发早期,同一实验室接连获奖的情况很常见,但随着科学进步,学门领域不断分化,同门师徒接连得奖,已经相对少见。王子敬又指,诺贝尔奖颁给梶田,其实是同时表彰背后的上百人团队。王子敬曾到梶田所属的神冈实验室参观,他形容就像是进入神的殿堂般,数百人一起埋首于科学研究,情景让人感动。
继日本北里大学特别荣誉教授大村智获得诺贝尔医学奖,梶田隆章成为物理学奖得主,令日本历来诺奖获奖者人数增至24人。这是连续第二年由日本科学家夺得物理学奖。去年的物理学奖,授予开发蓝色发光二极体(LED)的日本名城大学终身教授赤崎勇以及天野浩和中村修二共三名日本科学家。
梶田隆章感谢恩师妻子
获2015年诺贝尔物理学奖的日本东京大学宇宙射线研究所所长梶田隆章6日晚在东京都文京区的东大校园内会见记者。他表示,自己得知获奖消息后很吃惊,「脑子中一片空白」。
共同社报道,探寻宇宙之谜的基础研究是日本的传统强项。梶田笑着说:「我带着扩展人类知识地平线的好奇心从事研究,对这项纯粹科学能成为镁光灯焦点感到非常高兴。」
梶田在会见中多次提到2002年获得诺贝尔物理学奖的东大特别荣誉教授小柴昌俊(89岁)等恩师的名字,表示这些科学家「在所有的研究中引导了我」。2002年小柴曾在获得诺贝尔奖后的记者会上表示,「梦想是自己的学生获奖」。梶田没有辜负这一期待。
梶田身着深色西服和蓝色领带出席记者会,当被问及与妻子美智子通电话的情形时,梶田露出笑容说,「她说我被相机闪光灯覆盖了」。他对妻子表示感谢,称「我只顾专注于研究,妻子忍受了下来」。
日医学奖得主感谢亡妻
诺贝尔医学奖三名得主之一的日本学者大村智6日谈论得奖感受时,坦言接获通知后立即在心中告诉15年前病逝的亡妻文子「终于如愿以偿」。不过,最令大村智耿耿于怀就是,他从未对妻子亲口说一声感谢支持。
大村智忆述20多岁当高中老师时,由一名前辈老师介绍认识性格爽朗的文子。年轻的时候,大村智的收入微薄,由于购买书籍,收入不足应付生活费,文子就靠当家庭教师赚钱补贴家用。
大村智在家中招待外国客人或同事,文子没有丝毫怨言,提前几天开始亲手准备佳肴。过年时,文子还会把新年酒菜送到大村研究室留学生的宿舍。陪同大村到国外出差时,文子以其开朗的性格和流利英语在社交上助丈夫一臂之力。大村智成功研发出对热带传染病具有显着疗效的特效药,拯救了发展中国家众多生命。文子十分尊敬大村智,曾对长女育代极度赞赏他的成就。
事隔多年,大村智仍对自己没有在妻子临终时亲口感谢她感到后悔,决定在情绪平静下来后前去文子墓前,说出「如果没有你的支持,就没有我的今天。谢谢」的心声。
中微子研究多受诺奖青睐
中微子是轻子的一种,有关中微子的发现与研究历史上已经多次赢得诺贝尔物理奖。1930年,奥地利物理学家鲍利(Wolfgan Pauli)首先提出存在微中子的假设。1956年,美国科学家克莱德.科温(Clyde Cowan Jr)和弗雷德里克.莱因斯(Frederick Reines)利用核反应堆产物的β衰变产生反微中子,观测到了微中子诱发反应,第一次从实验中得到微中子存在的证据。他们的发现数十年后荣获1995年的诺贝尔物理学奖。
1962年,美国布鲁克海文国家实验室的物理学家利昂.莱德曼(Leon Lederman)等人发现微中子有「味」的属性,证实了μ微中子和电微中子是不同的微中子;他们因此获得1988年的诺贝尔物理学奖。
2002年,美国科学家雷蒙德.戴维斯(Raymond Davis Jr)和日本科学家小柴昌俊(Masatoshi Koshiba)因在微中子天文学的开创性贡献而获得诺贝尔物理学奖。
法新社报道,麦唐纳对加拿大广播公司表示,他的微中子研究可用以「测量提供太阳能量的核融合反应」。