梶田隆章和阿瑟·麦克唐纳关于中微子振荡的发现证明了中微子具有质量。
2015年诺贝尔物理学奖得主梶田隆章（左）、阿瑟·麦克唐纳
证明中微子传播过程中在不同类型、又称“味”之间振荡的两位科学家斩获今年的诺贝尔物理学奖，他们的发现证明了这种“幽灵”粒子具有质量。
日本东京大学的梶田隆章和加拿大女王大学的阿瑟·麦克唐纳（Arthur McDonald）因其研究团队分别在两个建于地下深处的大型中微子探测器中的研究发现而分享该奖：梶田隆章在日本超级神冈中微子探测器，阿瑟·麦克唐纳在加拿大萨德伯里中微子天文台。
粒子物理的标准模型是目前关于宇宙中的粒子和作用力的最佳解释，标准模型一直在力图解释为什么中微子具有质量。所以这两个团队在1998年和2001年的发现激发了一波试图确定中微子特性的新实验。
“相比于希格斯玻色子，我更愿意说中微子振荡才是粒子物理最近30年来最大的发现。”美国芝加哥大学的理论物理学家丹尼尔·胡珀（Daniel Hooper）说。
令人费解的粒子
中微子有三种味――电子、μ子和τ子，分别以伴随三种中微子产生的姐妹粒子命名。中微子是宇宙中除了光子之外数量最为巨大的粒子：地球上每平方厘米每秒钟都有数以十亿计的中微子穿过。但是它们与其他物质的相互作用极其微弱，以致于我们对中微子鲜有了解。
中微子比人们预想的还更奇怪的第一个暗示是在上世纪60年代得到的。在美国南达科他州的霍姆斯特克金矿中进行的一项实验抛出了一个谜团：该实验探测到了比理论学家的预言更少的来自太阳的电子型中微子流。（东京大学的小柴昌俊和领导霍姆斯特克实验的雷蒙德·戴维斯因发展了探测来自太空的这些中微子的技术，后来分享了2002年诺贝尔物理学奖。）
梶田隆章研究团队1998年开始解开这个谜题，当时他们报告了中微子可能在传播过程中在不同“味”之间发生转换。产生于宇宙射线和地球大气层之间的碰撞的μ子中微子，似乎会在它们飞向超级神冈探测器的途中神秘消失，超级神冈探测器是一个位于锌矿中的装满纯净水的钢罐。
但是，结论性地证明这一点，意味着不只是发现“消失的”中微子，而且表明它们变成了其他味。萨德伯里研究团队利用位于地表下面2 000多米深的镍矿中的一罐水，在2001年宣布中微子从太阳飞向地球途中会在不同味之间振荡。
“这项实验中一定有灵光一现的瞬间，当我们能看到中微子从太阳飞向地球途中显现出从一种类型转变成另一种类型。”麦克唐纳在接受瑞典皇家科学院诺贝尔奖新闻发布会上的记者们的电话采访时说。
这个发现具有深远的意义，与其推论是三种没有质量的中微子，或确实是具有某一固定的质量，物理学家如今推论中微子一定产生于三种不同的质量状态的混合或量子叠加态，其混合比例在粒子的传播过程中发生变化。确定中微子及其反物质对应物――反中微子的特性，会促使科学家对物理学产生超越经典模型的理解，瑞士联邦技术研究所的中微子物理学家安德烈·鲁比亚（AndréRubbia）说。
“我们相信诸如中微子振荡和反中微子振荡方式的差别，可能最好地解释为什么我们现在的宇宙是由物质而不是反物质主宰。”鲁比亚说。
另一位日本科学家户冢洋二领导了1998年大发现时的超级神冈项目，但已于2008年逝世。鲁比亚相信，如果户冢洋二还健在，他本可以分享今年的诺贝物理学奖。
资料来源 Nature
责任编辑 彦 隐