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解讀2002年諾貝爾物理獎

2002年10月14日

探索宇宙的奧秘,預測宇宙的未來,這是人類千百年來的夢想。2002年諾貝爾物理學獎表彰的,就是這一領域的兩項重大成果。

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太陽表層景觀圖片來源: AP

在遼闊的宇宙中,游弋著大量的中微子。儘管每秒鐘有上兆个中微子穿過我們的身體,但我們絲毫不會感覺到它的存在。

瑞典皇家科學院把今年的諾貝爾物理獎,頒發給了美國科學家雷蒙德‧戴維斯和日本科學家小柴昌俊,以表彰他們對太陽中微子的探索。他們兩位和另一位美國科學家裡卡爾多‧賈科尼分享這一獎項,因為後者發現了宇宙X射線源。科學院稱,他們的研究打開了人類觀測宇宙的兩個新"窗口。

太陽以其幾百萬度的高溫,不斷地將原子核熔合在一起。通過這種核聚變,太陽釋放出能量,把光和熱傳輸到地球。理論上來說,太陽內每聚變形成一個氦原子就會釋放出2個中微子。而戴維斯是20世紀50年代唯一一位敢於探測太陽中微子的科學家。

但是,太陽中微子只有兆分之一的機會到達地球。為了捕獲中微子,戴維斯領導研製了一個新型探測器,它的主體是一個注滿615噸四氯乙烯液體的巨桶,埋藏在美國南達科他州的一個金礦中。中微子可能與氯原子核發生反應,生成一個氬原子核和一個電子,探測是否生成氬原子核就可證實中微子的存在。

在30年的探測中,戴維斯共發現了來自太陽的約2000個中微子,並證實了太陽是靠核聚變提供燃料的。

小柴昌俊和他的研究小組,利用他們研製的另一個中微子探測器,在1987年發現了在銀河外星系的超新星爆發過程中,所釋放出的中微子。在那次爆發過程中,估計有1億億個中微子穿過了探測器,科學家捕獲了其中的12個。

德國電子同步加速器中心落戶在布蘭登堡州,在那兒工作的中微子天文學家斯皮林解釋說,在這樣的爆炸過程中,中微子會比硝煙釋放得更早。斯皮林在南極也放置了一個中微子探測器,希望能夠搜尋到中微子。戴維斯和小柴昌俊的工作顯示,中微子可以被用作觀察宇宙的新介質。斯皮林說,人們可以利用太陽中微子,更好地對各個星球比如說太陽內部作深入地研究。

賈科尼為人們打開了另一扇探索宇宙奧秘的窗口。利用由火箭發射入太空的X射線探測器,他的科研小組在60年代第一次發現了太陽系外的X射線源,並證實宇宙中存在著X射線背景輻射,他們的這些發現使科學家們對太陽爆炸,黑洞和銀河系獲得了新的重要認識。

慕尼黑附近的歐洲南極星天文台的主任愷撒斯基女士說,「賈科尼所發現的太陽系外的X射線源,在天文學上提供給研究者們全新的可能性。」 賈科尼是她的前任,從1993年到1999年間擔任天文台的主任。

自從1970年,人造衛星「自由號」從肯亞升空以後開始,賈科尼就領導研製了很多代的X射線天文望遠鏡。最近一次是錢德拉X射線望遠鏡,這一探測器1999年進入地球軌道後,發回了大量清晰的X射線源照片。諾貝爾評委會寫道,「今天,宇宙對我們來說,比50年前更清晰了,這很大程度上要歸功於X射線天文學的建立和發展。」