(斯德哥尔摩7日讯)宇宙藏有无数谜题,全宇宙粒子中数量仅次于光子的中微子,却是最神秘,不只难探测,而且有变身秘技。日本科学家梶田隆章和加拿大科学家麦克唐纳因发现“中微子振荡”现象,即中微子在飞行中途可变成另一品种,并引伸到中微子原来有质量,夺得今年的诺贝尔物理学奖。
综合报导,中微子(Neutrino)是轻子的一种,字面意义为“微小的中性粒子”。中微子有3种类型:电子中微子、μ中微子和τ中微子。
有关中微子的研究已多次赢得诺贝尔物理奖。早在1930年,物理学家泡利提出衰变和核反应等活动,会产生一种不带电荷、交互作用弱和质量非常低的“中微子”粒子把能量带走。
中微子研究获多奖
由于“幽灵粒子”中微子与物质极少有互动,非常难侦测。直到1950年代,美国科学家科温和莱恩斯第一次从实验中得到中微子存在的证据,并荣获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莱德曼,与他的研究团队发现微中子有“味”的属性,证实了μ微中子和电微中子是不同的中微子;也获得1988年的诺贝尔物理学奖。
2002年,美国科学家戴维斯和日本科学家小柴昌俊,因在微中子天文学的开创性贡献而获奖。
资料显示,中子衰变时,会变成一个质子、一个电子和一个反电子中微子;原子核内部的质子衰变时,则会变成一个中子、一个正电子和一个电子中微子。
解释宇宙如何演化
“我们活在中微子世界。”科学院指出,中微子是宇宙间存在最广泛的一种基本粒子。无论宇宙大爆炸、超新星爆炸、太阳和核电厂的核反应,以至自然辐射衰变,都会产生中微子,以近乎光速的速度在宇宙飞驰,却极少与物质有互动,在不知不觉穿透物质。一个人的身体每秒就有数兆粒中微子穿过,却看不到也感觉不到。
梶田隆章是小柴昌俊的弟子,他在2008年担任东京大学宇宙射线研究所所长,而由他领导的日本超级神冈探测器建在地底深处,以石层阻挡杂讯,并于1996年启用。他们发现,3种中微子可相互转换的“振动现象”,从而首次在世界上捕捉到了中微子的质量。
另一边厢,麦克唐纳领导的萨德伯里中微子观测站,自1999年开始观测来自太阳的电中微子,并在同时测量另外两种中微子数目。结果测出3种中微子总数与预期相符,电中微子数目却低于预期,进一步印证从太阳来的电中微子在飞行中途变成其他中微子。
麦克唐纳指,可以用量子力学解释中微子在飞行途中,在3个品种之间转换的“振荡”现象,但前提是中微子静止时有质量,令“标准模型”20年来首次受到挑战而要修正。他表示,了解中微子亦有助解释“宇宙如何演化”。