科學(xué)家成功驗證四十年前的中微子預言：開(kāi)創(chuàng )全新未來(lái)

　　北京時(shí)間8月7日消息，據國外媒體報道，物理學(xué)家會(huì )對他們希望發(fā)生的事情大費唇舌，但這些事也許終其一生都不會(huì )發(fā)生。例如，一名物理學(xué)家認為在特定情況下，十分常見(jiàn)、但難以探測的中微子可以使整個(gè)原子核發(fā)生振蕩?？紤]到這一現象極難探測，他覺(jué)得光是提出這一想法就已經(jīng)夠傻了。

　　但四十年后，科學(xué)家宣布，他們真的發(fā)現了這一現象。

　　具體來(lái)說(shuō)，科學(xué)家找到了一種測量“相干中微子核碰撞”(coherent)的新方法。早在上世紀70年代，一名物理學(xué)家就預言了中微子發(fā)生互動(dòng)的可能性。一些人認為此次發(fā)現或許能幫助我們如科幻片一般利用中微子。其他人則表現得更為審慎。但有一點(diǎn)是肯定的：物理學(xué)家認為這是一次激動(dòng)人心的發(fā)現。

　　“哇哦!!!!!!”伊利諾伊州費米實(shí)驗室的物理學(xué)家胡安·埃斯特拉達(JuanEstrada)在郵件中表達了他的激動(dòng)之情。他也在尋找這一效應，但并未參與此次研究。

　　根據物理法則，粒子有四種相互作用方式：引力、電磁力、強作用力和弱作用力。中微子是一種特殊的粒子，只能通過(guò)弱作用力和引力與其它粒子進(jìn)行互動(dòng)，而這兩種力在地球上的實(shí)驗室都很難進(jìn)行探測。中子是原子核含有的兩種粒子之一。中子的β衰變便是弱作用力的一種，在衰變?yōu)橘|(zhì)子的同時(shí)釋放出一個(gè)中微子和一個(gè)電子。

　　如今，科學(xué)家測量中微子的方法相當于“順藤摸瓜”。如果一個(gè)中微子擊中了質(zhì)子，也許就會(huì )使β衰變反向進(jìn)行，將質(zhì)子轉化為一個(gè)電子和一個(gè)中子。電子會(huì )發(fā)出閃光，從而被探測器捕獲。但這種相互作用十分罕見(jiàn)，且需要耗費大量液體。

　　麻省理工學(xué)院理論物理學(xué)榮譽(yù)退休教授丹尼爾·弗里德曼(DanielFreedman)是1974年預言中微子除了與質(zhì)子互動(dòng)外、還能發(fā)生另一種相互作用的科學(xué)家之一。他認為中微子可以與整個(gè)原子核產(chǎn)生相互作用。這個(gè)過(guò)程涉及的能量很少，因為中微子僅能產(chǎn)生極弱的推力。但由于原子核比質(zhì)子大得多，這將遠比與質(zhì)子相撞常見(jiàn)。這樣一來(lái)，便可以采用規模較小的探測器，只需不到50千噸水就能得到預期效果。

　　但弗里德曼指出：“我們的假設也許有些傲慢自大，因為中微子-原子核彈性散射實(shí)驗中難免受到相互作用率、分辨率和研究背景的局限。”換句話(huà)說(shuō)，他認為這種相互作用仍然太過(guò)微弱和罕見(jiàn)，因而難以探測。

　　四十年后，美國橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室的一組物理學(xué)家證明，弗里德曼的預言其實(shí)是正確的。“這并非不可能。”卡瓦里太空物理研究所的物理學(xué)家胡安·科勒(JuanCollar)指出。

　　他們能取得預期觀(guān)測結果，要歸功于特殊的實(shí)驗設計和好運氣。橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室開(kāi)展了一項名為“散變中子源”(簡(jiǎn)稱(chēng)SNS)的實(shí)驗。該實(shí)驗在制造中子束的同時(shí)，還產(chǎn)生了大量中微子作為副產(chǎn)品。研究相干中微子核碰撞的科學(xué)家們正好利用了這一點(diǎn)。中子云可能會(huì )干擾信號，但該研究團隊在20英尺(約合6米)的混凝土墻后的地下室中找到了一處合適的位置，足以擋住除中微子之外、SNS實(shí)驗產(chǎn)生的任何粒子。“我們能找到這里真的非常幸運。”杜克大學(xué)物理學(xué)家、相干中微子核碰撞合作研究團隊發(fā)言人凱特·舒伯格(KateScholberg)表示，“我本來(lái)?yè)臅?huì )受到中子的影響，結果并不是這樣。”

　　當中子束開(kāi)啟時(shí)，可以看出清晰的探測器信號(以黑點(diǎn)表示)，說(shuō)明該團隊確實(shí)捕捉到了中微子與原子核的相互作用。

　　相干中微子核碰撞實(shí)驗裝置本質(zhì)上是一塊晶體，當中微子擊中晶格時(shí)，通過(guò)弱作用力產(chǎn)生的相互作用使原子核發(fā)生振蕩，釋放出可以被探測到的微弱光線(xiàn)。中子束脈沖時(shí)強時(shí)弱，因此探測信號也隨之上下起伏。“我們知道中微子何時(shí)會(huì )被發(fā)射過(guò)來(lái)，因為中子束恰好每秒鐘只開(kāi)啟60次。”科勒解釋道，“這對于我們非常重要。”

　　舒伯格指出，該實(shí)驗不僅驗證了40年前的預言，還為一些針對中微子行為的猜想給出了約束?？评照J為該研究最重要的影響在于，它為小型中微子實(shí)驗開(kāi)創(chuàng )了全新的未來(lái)。“也許50年后，我們真的發(fā)明了可行的中微子技術(shù)。”且這些技術(shù)可供公眾使用，就像曾經(jīng)顯得高大上、如今已飛入尋常百姓家的激光發(fā)射器一樣。

　　其他專(zhuān)家也激動(dòng)不已。有些團隊已經(jīng)開(kāi)始在自己的實(shí)驗室中尋找同樣的信號。“能發(fā)現這樣一個(gè)所有人都相信存在、只是難以識別的現象，可謂一次巨大的成功。”夏威夷大學(xué)的物理學(xué)家約翰·格里高利·倫德(JohnGregoryLearned)指出。他尤其欣賞科勒所做的貢獻。但他也呼吁人們對該技術(shù)的前景持更謹慎的態(tài)度，就目前而言，他認為該技術(shù)的應用途徑相當有限。

　　弗里德曼也十分高興。

　　“終于有人做了我在1974年提出的實(shí)驗，”弗里德曼表示，“我當然激動(dòng)得要命。”