2015年諾貝爾物理獎:揭開微中子質量的神秘面紗

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2016/01/12

【撰文●Nicky】
 
微中子具有質量嗎? 梶田隆章 (Takaaki Kajita)與阿瑟‧麥克唐納(Arthur B. McDonald) 的研究熱情讓物理界的爭論塵埃落定。
 
 
所謂的微中子是粒子物理中的一種基本粒子,也是宇宙中含量第二多的基本粒子(最多的是光子)。但是微中子也是基本粒子中最難以捉摸的粒子。之所以難以捉摸,是因為微中子幾乎不跟其他粒子作用。舉例來說,在地球上,每秒鐘大約有六千億個太陽微中子通過一平方公分的面積,但是我們根本不會感覺到微中子對我們的任何影響。因此儘管數量龐大,但是科學家卻很難研究他們的性質。(資料來源:網路) 日本學者梶田隆章 (Takaaki Kajita)與加拿大學者阿瑟‧麥克唐納(Arthur B. McDonald)對展現微中子進行味轉換的實驗有非常關鍵的貢獻,這項粒子世界的味轉換證明了微中子具有質量,改變了以往相關研究的核心認知,也成為未來宇宙研究的重要依據,獲得了諾貝爾物理獎委員會認可成為此次2015年諾貝爾物理獎的得主。
 
 
兩位學者在微中子的專題研究論文及學術資料在ANNUAL REVIEWS-Science Collection (http://www.annualreviews.org/)中也有收錄。除了可以利用電腦連線網路線上使用外,現在亦可利用手機版直接查詢,十分便捷。
 
在進入千禧年之際,阿瑟‧麥克唐納(Arthur B. McDonald)在"The Sudbury Neutrino Observatory.(Annual Review of Nuclear and Particle Science, Volume 59, 2009)" 所帶領的加拿大研究團隊證明了在太陽產生的微中子不會在前往地球的過程中消失,薩德伯里微中子觀測站 (Sudbury Neutrino Observatory)偵測到消失的微中子以不同的味出現在加拿大。而同時梶田隆章(Takaaki Kajita)在研究中指出日本的超級神岡探測器(Super-Kamiokande detector)發現了大氣中產生的微中子會進行兩種不同味(註:緲子與濤子)的轉換。更在"The Measurement of Neutrino Properties with Atmospheric Neutrinos. (Annual Review of Nuclear and Particle Science, Volume 64, 2014)",討論了微中子振盪與大氣微中子實驗研究,增進人們微中子性質的理解。
 
 
宇宙射線與地球大氣層的反應會產生許多微中子,其他的微中子則是來自太陽中的核反應。我們的身體每秒都有上兆的微中子穿透過去,這個世界上大概很難有任何物質可以擋下微中子的移動。因此,微中子是自然界中最難以理解的基本粒子,人們因為這兩位物理學家對於微中子實驗的熱情,透過實驗驗證了微中子的絕對質量的意義,發現微中子的確隨著時間或是運動距離,而由其中一種轉變成另外兩種,這個現象稱為「微中子震盪」。但他們藉由量子力學的推論,提出微中子可以自由轉變類型,那麼微中子必須擁有質量。經過反覆的實驗驗證,儘管微中子質量相當小,但是微中子的確擁有質量,這個結果震撼了物理學界,讓物理學家數十年來對於微中子領域的質量爭論與辯證獲得了決定性的結果。而正因為兩位學者為尚未揭開神秘面紗的微中子世界帶來一些極為關鍵的研究方向,整個宇宙中有著相當龐大數量的微中子,在未來的物理學研究領與將帶來更多的研究驚喜和發現,相信相關的研究也會持續地進行著,再揭露微中子最深層的秘密,來改變我們對宇宙的歷史、結構與未來發展的既有認知。
 
資料庫:ANNUAL REVIEWS-Science Collection
出版社:ANNUAL REVIEWS
 

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