诺贝尔明星巡礼系列（六）——2015年物理学奖：鬼魅的中微子

2015诺贝尔奖物理学奖获奖者介绍

2015年诺贝尔奖颁发给了梶田隆章（Takaaki Kajita）和阿瑟·B·麦克唐纳（Arthur B. McDonald），奖励他们分别身为各自团队中的核心研究者，和同事一起发现了中微子振荡，在粒子物理领域开辟了新的疆土。

中微子

在宇宙中，存在着一种神奇的粒子，它可以轻易地穿过各种物质，每秒钟都有接近1万亿个这种粒子穿过身体，我们却根本无法察觉到。这种粒子鬼魅一样的存在，也被我们称之为：幽灵粒子。它其实就是大名鼎鼎的中微子。

神秘的中微子

β衰变，是指原子核内中子转变为质子，同时释放出一个电子和一个中微子的过程。当发现β衰变，神秘的中微子还没有被发现。

科学家很纳闷，为什么β衰变过程中，电子只带走了一部分能量，而不是带走总能量，也就是说，整个过程能量和动量没守恒，而电荷守恒了。这样的情况确实让很多科学家很崩溃，就拿爱因斯坦的强劲对手尼尔斯·波尔来说吧，这种“能量不守恒”的情况，差点都让他要放弃能量守恒定律。这也遭到了泡利的强烈反对。

后来，费米就把这种粒子命名为：中微子。不过，当时的人其实一直都没有找到这种粒子存在的证据。

中微子的发现

科学家始终没有放弃寻找中微子。但是，通过理论计算，科学家发现，中微子的质量很小很小，几乎接近于0，质量最大也就只有电子质量的百万分之一；而且它由于显现的是电中性，所以它又不会参与电磁相互作用；再加上中微子的穿透力极其强，想通过弱力捕捉到它的概率是极其低的。所以，想要捕捉中微子的难度可想而知，1956年，美国科学家莱茵斯和科万经过多年的努力之后，终于观测到了中微子的存在。他们采用的方式是，利用核反应堆中产生的反中微子与质子发生反应，使得最终产生中子和正电子。到了1995年，这两位科学家也因此获得了诺贝尔物理学奖。

中微子的秘密

梶田隆章和阿瑟·B·麦克唐纳发现“中微子振荡”的新现象。它带来了一个影响深远的结论：长期被认为没有质量的中微子，其实必须是有质量的。这个结论无论是在粒子物理领域，还是我们对宇宙本身的理解，都具有开创性的意义。

研究中微子的意义

关于中微子的研究，也催生了中微子天文学的产生，成为了目前非常前沿和热门的研究领域。就拿天文学家手里的武功秘籍宇宙微波背景辐射来说，它其实是宇宙大爆炸的余热，在宇宙大爆炸之后，38万年的时候，才开始在宇宙中传播。也就是说，通过宇宙微波背景辐射，我们可以知道宇宙38万年之后的历史，但前38万年的历史，我们是没办法知道的，这就可以通过观测“中微子”来实现。