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| 圖像說明 = 科学家

| 出生日期 =

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== 基本信息 ==

== 成果 ==

2001年8月，在麦克唐纳的领导下，依据安大略省萨德伯里中微子天文台地下2100米的检测设施的观测结果，可推论出来自太阳的电中微子振荡成为μ介子和tau中微子。麦克唐纳和戸冢洋二被授予2007年富兰克林奖章。

今年的诺贝尔物理学奖获奖人解决了中微子之谜，从而开启了粒子物理学研究的崭新篇章。物理学家梶田隆章以及阿瑟·麦克唐纳(Arthur B。 McDonald)分别来自两个大型研究团队:超级神冈探测器团队以及萨德伯里微中子观测站团队，他们发现了中微子在飞行过程中的转变现象。<ref>[http://tech.sina.com.cn/d/i/2015-10-06/doc-ifximeyv2806643.shtml 日本和加拿大科学家获2015诺贝尔物理学奖]新浪，2015-10-07</ref>

超级神冈探测器主要探测大气中微子。当一个中微子与巨型水槽中的水分子发生相撞时就会产生一个转瞬即逝的带电粒子。这一过程将产生所谓"切伦科夫光"，而这种闪光将被安装在水槽周围的探测器捕捉到。这种切伦科夫光的形态和强度能够告诉科学家们发生碰撞的中微子的类型以及它的来源。测量结果显示来自头顶上方大气中的μ中微子数量要比来自脚底下，穿越整个地球而来的中微子数量更多，这一结果表明那些穿越整个地球的μ中微子拥有足够的时间发生了某种转变

搜寻正在进行--在地下深处，巨大的研究设施中数以千计的探测器正等待着时机，以揭开中微子的谜团。1998年，梶田隆章首先发现中微子似乎存在转变现象，在它们抵达日本超级神冈探测器的过程中，中微子的形式似乎发生了改变。这一探测设施所捕捉到的中微子是宇宙射线与地球大气层相互作用所产生的。

'''不情愿的英雄'''

我们生活在一个中微子的世界里。每一秒都有数以万亿计的中微子通过你的身体。但你看不到它们，也感受不到它们的存在。中微子几乎以光速在宇宙中传播，几乎不与物质发生相互作用。那么它们究竟来自何方?

然而，长期以来科学家们甚至都无法确认中微子是否真的存在。事实上，当中微子的概念最早由物理学家沃尔夫冈·泡利(Austrian Wolfgang Pauli)提出来时(泡利是1945年诺贝尔奖获得者)，他的主要目的是想为由于β衰变过程中似乎表现出来的能量不守恒现象而感到绝望的物理学家们找到一个解释。β衰变是原子核衰变的一种形式。在1930年12月，泡利以"亲爱的(从事)放射性(研究的)女士们和先生们"开头，致信给他的物理学同行。在这封信中，泡利提出，β衰变过程中的一部分能量可能是被一种具有电中性，弱相互作用且质量极小的粒子所带走了。但甚至是泡利本人也几乎不相信这样一种粒子是真实存在的。据说他曾经说过这样的话:"我做了一件糟糕的事情，我提出了一种不可能被探测到的粒子。"

不久之后，意大利物理学家费米(Enrico Fermi，1938年诺贝尔物理学奖获得者)提出了一种优雅的理论，并且其能够将泡利所提出的这种质量极小且具有电中性的粒子也包含在内。这种粒子被称作"中微子"。没有人会想到，这种小小的粒子将引发粒子物理学乃至宇宙学的革命。

今年的诺贝尔物理学奖授予解决了长期悬而未决的中微子之谜的几位科学家。

从1960年代开始，科学家们已经从理论上计算出了太阳维持发光的情况下其内部核反应过程中应当产生的中微子数量，然而在地球上进行测量时，却发现测得的中微子数量仅有理论计算值的1/3--也就是说2/3的中微子失踪了。它们去哪里了?

对此，并不缺乏各种各样的猜想--或许我们对于太阳中微子产量的理论计算有误?但有一种解释则认为这种现象产生的原因是中微子在传播过程中会发生改变。根据粒子物理学的标准模型，应当存在三种不同类型的中微子--电子中微子、μ中微子以及τ中微子。太阳只会产生电子中微子。而如果这些电子中微子在向地球传播的过程中转变成了μ中微子或τ中微子，那么地面上探测到了电子中微子数量缺失之谜也就可以解释了。

然而对于中微子的这种转变仍然只能停留在猜想阶段，直到更加复杂的大型设施投入运行之后情况才开始有所改观。在地下深处，巨大的探测设施昼夜不停地搜寻着中微子的踪迹。之所以将探测设施建设在地下，是想要避开来自宇宙射线以及自然环境中天然放射性衰变过程的影响。但即便如此，要想从数以十亿计的干扰信号中识别出少数几个真实的中微子信号仍然是一项巨大的挑战。甚至是地下矿井中的空气以及用来作为探测器的矿物材料中含有的微量元素发生的衰变过程都会干扰实验的结果。

1996年，日本的超级神冈探测器在一座废弃锌矿矿井中建成并投入运行，其坐落在日本东京西北大约250公里。而加拿大的萨德伯里微中子观测站则建立在安大略省的一座废弃镍矿井中，于1999年开始投入运行。

这两座研究设施将共同揭开中微子震荡变化的本质，正是这项成就被授予了今年的诺贝尔物理学奖。

'''揭开谜团'''

在其最初两年的运行中，超级神冈探测器大约检测到5000次中微子信号。这比先前的实验中都要多得多，但在把宇宙射线产生中微子的情况考虑在内之后，则检测数字仍然少于预期。宇宙射线粒子来自于天空的各个方向，当它们与地球大气中的分子发生碰撞时就会产生大量中微子。

额外的一颗中子增加了中微子粒子与原子核发生碰撞的几率。在一些反应中，科学家们只能测定电子中微子的数量，而在其他一些反应中，科学家们则能够测定全部三种中微子的总信号数量，但不能进行具体的相互区分。

因为科学家们知道太阳内部反应只会产生电子中微子，因此这两种测量方法应该得到相同的结果才对。因此，如果探测到的电子中微子数量要比三种中微子的数量更少，那么这就意味着电子中微子在它从太阳抵达地球的1.5亿千米路途过程中发生了某种变化。

这两项实验确认了科学家们此前的怀疑，那就是中微子可以从一种形态转变为另一种形态。这一发现启发了许多其他许多新的实验项目并促使粒子物理学家们从新的视角思考问题。

总体来说，这两项实验的结果导出了一个重要的结果，那就是中微子的这种形态变化要求其必须要具有质量，否则这种变化将无法发生。但是这样的变化究竟是从何而来?

'''通往新物理学之门'''

中微子具有质量这一事实的发现对于粒子物理学具有极重要意义。粒子物理学的标准模型在描述物质微观机制方面极其成功，在过去20年间经受住了所有实验的检验。然而这一模型要求中微子必须是没有质量的。因此这两项实验的结果代表了标准模型体系中的第一个明显裂痕。现在事实已经变得越发明朗:粒子物理的标准模型不可能是描述宇宙运行的完备理论。

除了目前已知的这三种形态之外，有没有可能还存在着其他形式的中微子?中微子是不是它们自身的反粒子?为何它们与其他基本粒子在性质上如此不同?今年被授予诺贝尔奖的工作为我们窥视这几乎完全隐匿的中微子世界提供了关键洞察。相关的实验仍在继续，世界各地的科学家们正忙于捕获中微子并研究它们的性质。有关中微子奥秘的新发现或许将会改变我们对于宇宙历史、结构以及未来命运的理解。<ref>[http://tech.sina.com.cn/d/i/2015-10-06/doc-ifximeyv2806643.shtml 日本和加拿大科学家获2015诺贝尔物理学奖]新浪，2015-10-07</ref>

== 轶事 ==

诺贝尔奖委员会电话连线了今年的获奖者之一的加拿大物理学家阿瑟·麦克唐纳，他说:"我给了我妻子一个大大的拥抱。"在评价其所从事的太阳中微子研究时，麦克唐纳说:"这可真是讽刺。为了观测太阳，你得钻到几公里深的地下，这可真是让人意想不到。"<ref>[https://weibo.com/scientific?c=spr_qdhz_bd_baidusmt_weibo_s&nick=%E7%A7%91%E5%AD%A6%E6%8E%A2%E7%B4%A22015 诺贝尔物理学奖]，新浪微博，2015-10-07</ref>

== 参考资料 ==