2015年諾貝爾物理學獎》兩位「微中子振盪」發現者獲殊榮

2015-10-06 17:58
2015年諾貝爾物理學獎得主梶田隆章(左)與麥唐納(美聯社)

2015年諾貝爾物理學獎得主6日揭曉,由日本科學家梶田隆章與加拿大科學家麥唐納(Arthur B. McDonald)共享殊榮,均分800萬瑞典克朗(約新台幣3120萬元)獎金,得獎理由是發現「微中子振盪」(neutrino oscillations),從而證明微中子具有質量。

瑞典皇家科學院(Royal Swedish Academy of Sciences)表示,微中子會振盪並且因此具有質量的發現,意義相當重大,改變了人類對於物質最內部運作方式的認知,對於我們的宇宙觀也有重大影響。當代粒子物理學的基石「標準模型」(Standard Model)原本假設微中子沒有質量,但梶田隆章與麥唐納的發現代表模型必須修正。

2015年諾貝爾物理學獎得主梶田隆章(美聯社)
2015年諾貝爾物理學獎得主梶田隆章(美聯社)

梶田隆章現年56歲,生於日本埼玉縣,埼玉大學理學部物理學科畢業,東京大學理學博士,受業於2位日本物理學權威小柴昌俊、戶塚洋二。梶田目前擔任東京大學宇宙線研究所所長,他的老師小柴、小柴的老師朝永振一郎、朝永的同學湯川秀樹,都是諾貝爾物理學獎得主。

超級神岡探測器(Super-Kamiokande)
探測微中子的超級神岡探測器(Super-Kamiokande)

去年的3位物理學獎得主也是日本科學家,5日揭曉的諾貝爾生理學或醫學獎得主也有一位日本科學家大村智,日本歷年的諾貝爾獎得主已經多達24位,其中近半數(11位)是物理學獎得主,充分顯示日本在基礎科學研究領域的實力。

2015年諾貝爾物理學獎得主麥唐納(美聯社)
2015年諾貝爾物理學獎得主麥唐納(美聯社)

麥唐納現年72歲,生於加拿大新斯科細亞省(Nova Scotia)的雪梨(Sydney),美國加州理工學院(California Institute of Technology)博士,曾經長期任職於加拿大的喬克河實驗室(Chalk River Laboratories)、加拿大薩德伯里微中子天文台(Sudbury Neutrino Observatory,SNO),任教於美國普林斯頓大學(Princeton University),目前是加拿大京斯頓(Kingston)女王大學(Queen's University)榮譽教授。

Sudbury Neutrino Observatory
加拿大薩德伯里微中子天文台(Sudbury Neutrino Observatory,SNO)

微中子的世界

微中子(neutrino,ν)屬於基本粒子中「輕子」(lepton),不帶電荷,參與弱交互作用(weak interaction),但不參與電磁交互作用和強交互作用。

微中子有三種:電微中子、μ微中子和τ微中子,分別對應於相應的輕子:電子、μ子和τ子,分別對應於相應的輕子:電子、μ子和τ子。

中子衰變時會變成1個質子、1個電子和1個反電微中子;原子核內部的質子衰變時,則會變成1個中子,1個正電子和1個電微中子。因此微中子在日常生活中幾乎無處不在。

微中子振盪

微中子振盪是一種量子力學現象,首先由義大利物理學家龐蒂科夫(Bruno Pontecorvo)提出假設,認為特定「風味」(flavor)的微中子可以轉化為不同的風味。如果微中子振盪確實存在,這就意味微中子具有質量,與原始的粒子物理「標準模型」不相吻合。 (相關報導: 2015年諾貝爾生理學或醫學獎得主揭曉 寄生蟲疾病新療法研發者摘桂冠 更多文章

1960年代晚期,美國霍姆斯代克實驗(Homestake experiment)首次測量太陽產生的微中子流量,發現大約只有標準太陽模型計算值的1/3。1980年代,日本東京大學「神岡探測器」也發現類似現象,學界稱之為「太陽微中子問題」(solar neutrino problem),其唯一可能的解釋就是微中子振盪,即微中子在傳播到地球途中發生了轉換。

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