從地下探索天上: 中微子、宇宙論、方勵之的夢想

從地下探索天上: 中微子、宇宙論、方勵之的夢想

 

標簽：中微子宇宙小柴昌俊諾貝爾物理獎神岡實驗

“常會覺得自己隻不過是一個中微子，知識份子就像宇宙中的中微子，是微不足道的，但隻要有很小的質量，宇宙的命運也就決定於這些不足道者。”     ---方勵之
 

“基本粒子或宇宙等相關研究雖然沒有直接功用，但可帶來夢想。” --------江崎玲於奈(1973年諾貝爾物理獎)

 

　　東京大學名譽教授小柴昌俊獲得2002年諾貝爾物理獎並不意外，因為他得過日
本國民的最高榮譽──文化勳章，之前又得到科學界大獎──以色列的沃爾夫獎，早被認為離諾貝爾獎隻差一步。
 

　　從前人們觀測星空，隻能使用天文望遠鏡，利用可見光、無線電波來探索宇宙和天體之謎。小柴昌俊利用設置於岐阜縣神岡町礦山地下的實驗設備，偵測到來自遙遠星空的中微子，得以藉之研究天體物理，開拓了“中微子天文學”的領域，他的學生戶塚洋二著書《從地下探索天上的奧秘》，回顧了他們從基本粒子研究轉向探索宇宙物理的曆程。
 

　　中微子僅參與弱交互作用，與普通物質不產生反應，在宇宙中穿行無阻，難以被偵測，被視做基本粒子族群中的“隱身人”，長久以來，認為中微子的質量為零。物理學家研究宇宙的演變，發現目前觀測到的宇宙物質密度，與理論不合，似乎有些東西從宇宙中消失了，於是尋找暗物質（指隱形不見），就成為天文學的大課題。自大爆炸宇宙創生後，中微子即布滿於太空中，中微子的質量雖然微

乎其微，但隻要不是零，就是暗物質的“最佳人選”，其質量的大小對宇宙演化和物理學的大統一理論有重大意義。
 

　　最初，神岡實驗的設計是為了觀測質子的衰變，必須排除來自其他輻射雜訊的幹擾，而深入地下一公裏。小柴的團隊花了兩年沒有找到質子衰變的跡象，於是轉移目標，又花了兩年改善儀器靈敏度，準備觀測來自太陽內部核融合反應的中微子。一九八七年二月，設備完成改善並運轉，一位天文學家朋友送來傳真“大麥哲倫星雲內發生超新星爆炸，你們有看到嗎？”，這次超新星爆炸，在十六萬光年之外，人生百年難得一見，根據理論會放出大量高能量中微子，他們取出實驗記錄磁帶送回東京大學分析，證實在十秒間共觀測到來自超新星的十一個中微子。當時，小柴再過一個月就要由東大退休了。神岡設施也意外地變身為“中微子天文觀測站”，吸引了國外的支持合作。

    “捕捉到中微子，有什麽用?”他說:“沒有用。沒用的研究也是重要的。隻要能增加人類的共通知識和智慧財產，我想也是好的。”神岡的後續研究，也證實了中微子質量不為零，將“極小”的基本粒子與“極大”的宇宙論研究相連在一起。小柴的接棒人也已在諾貝爾獎的候選名單上。

　　小柴常對學生提示兩件事：其一，“我們是用國民納稅的血汗錢來追求我們的夢想，買儀器時要努力省錢，不可依生意人所開的價格。”得獎後，他特別感謝濱鬆公司，當年為製造實驗所需的大型光電子倍增管而賠了三億日圓。其二，“想成為研究者，先要隨時抱著三、四個有希望的‘研究鳥蛋’，機緣成熟時，該會有鳥破殼飛出吧。”好好把握，幸運會來拜訪有準備的人。
 

　　大學時代，小柴必須打工維持家中生計，很少去上課，他在去年東大畢業典禮中應邀致詞時，特意展示他的“爛成績單”。他說：“成績單不是未來人生的保證”。

　　記者問他何以能得到諾貝爾獎，小柴回答：“白天專心做研究，回家後看水戶黃門（指為民除害的德川光國，日本的包青天）電視劇。”記者再問：“為什麽愛看水戶黃門?”小柴說：“看到壞家夥被好人抓起來，就覺得很開心。”
 

　　中微子也曾譯為微中子，當年方勵之在中國大陸說過：“常會覺得自己隻不過是一個中微子，知識份子就像宇宙中的中微子，是微不足道的，但隻要有很小的質量，宇宙的命運也就決定於這些不足道者。”今天，他的同行們已證實中微子具有微小的質量，他對中國知識份子的期盼是否也有實現之日？