中微子是太空中的“變色龍粒子”，兩位日本和加拿大科學(xué)家解決了中微子的“身世”謎題，分享了2015年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。日本學(xué)者梶田隆章和加拿大學(xué)者阿瑟·B·麥克唐納是解決中微子謎題的兩位主要物理學(xué)家，他們帶領(lǐng)了各自的科學(xué)團(tuán)隊(duì)，一個(gè)團(tuán)隊(duì)在日本的超級(jí)神岡地下實(shí)驗(yàn)室、一個(gè)團(tuán)隊(duì)在加拿大的薩德伯里中微子天文臺(tái)分別發(fā)現(xiàn)了中微子在“長(zhǎng)途跋涉”過(guò)程中的變形，“變色龍粒子”概念源于中微子的形態(tài)變化。多個(gè)國(guó)家的科學(xué)家參入了在巨大的地下深層設(shè)施中進(jìn)行的對(duì)中微子搜索的實(shí)驗(yàn)，數(shù)以千計(jì)的“人工眼睛”——靈敏的探測(cè)器等待著從遠(yuǎn)處而來(lái)的中微子。發(fā)現(xiàn)中微子的秘密，中微子物理學(xué)已成為科學(xué)研究的熱門領(lǐng)域，開(kāi)啟粒子物理學(xué)研究的新領(lǐng)域，這已形成科學(xué)家的共識(shí)。

1998年，梶田隆章發(fā)布了中微子可能發(fā)生變形的研究成果，在超級(jí)神岡地下實(shí)驗(yàn)室的探測(cè)器中，梶田隆章帶領(lǐng)的科學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，中微子在行進(jìn)途中發(fā)生了“身份”或風(fēng)味、特性的轉(zhuǎn)變，來(lái)自于宇宙射線的中微子和地球大氣層產(chǎn)生了撞擊，產(chǎn)生了物理反應(yīng)。與此同時(shí)，在地球另一端的加拿大薩德伯里天文臺(tái)，科學(xué)家接收了來(lái)自于太陽(yáng)的中微子，2001年，麥克唐納帶領(lǐng)的科學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，來(lái)自于太陽(yáng)的中微子在行進(jìn)途中發(fā)生了形態(tài)或風(fēng)味、自身確定性的轉(zhuǎn)化。兩個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)成果相互補(bǔ)充，一個(gè)地下、一個(gè)地上實(shí)驗(yàn)室共同確認(rèn)了一個(gè)新的物理現(xiàn)象——中微子震蕩或中微子漲落。中微子漲落的發(fā)現(xiàn)意義深遠(yuǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家一直認(rèn)為中微子是沒(méi)有質(zhì)量的粒子，新的發(fā)現(xiàn)證明了中微子的質(zhì)量性，中微子研究取得了基礎(chǔ)性突破，2015年，諾獎(jiǎng)委員會(huì)認(rèn)可了中微子漲落的研究成果，它的重要性體現(xiàn)在人們對(duì)粒子物理學(xué)和宇宙學(xué)更深入的理解。

——“躲躲閃閃”的“真英雄”

中微子是自然世界“不愿現(xiàn)身”的“英雄”，人們生活在中微子的“海洋”世界，卻感覺(jué)不到自己在海洋中“游泳”。每秒有數(shù)以萬(wàn)億的中微子從人們的身體穿越，人們看不見(jiàn)它們的身影，感覺(jué)不到它們的存在，不完全了解中微子對(duì)人的生命和宇宙的意義。中微子幾乎以光速在太空中穿行，它們來(lái)無(wú)影，去無(wú)蹤，幾乎不與任何普通物質(zhì)產(chǎn)生相互作用，它們從什么地方來(lái)？到什么地方去？中微子有哪些性質(zhì)？科學(xué)家只是猜想，一部分中微子可能從宇宙大爆炸中產(chǎn)生，另一部分中微子以不同方式創(chuàng)生于太空和地球，諸如：超新星暴，大質(zhì)量恒星在死亡之后發(fā)生了劇烈爆發(fā)；原子能發(fā)電廠的核反應(yīng)堆；以自然方式發(fā)生的放射性衰變；甚至在人們的身體內(nèi)，每秒平均生成了5000個(gè)中微子，它們通過(guò)身體內(nèi)一種同位素的衰變釋放出來(lái)。在地球上運(yùn)動(dòng)的中微子主要來(lái)源于太陽(yáng)內(nèi)的核反應(yīng)。在精彩紛呈的粒子世界，中微子的數(shù)量?jī)H次于光子。

長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家不能確定中微子的存在，中微子概念是奧地利物理學(xué)家沃夫崗·泡利（1945年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主）首先提出的，經(jīng)過(guò)過(guò)一番深思熟慮之后，泡利用“虛擬粒子”的假設(shè)解釋了貝塔粒子衰變的能量守恒性，為了滿足能量的轉(zhuǎn)化和守恒定理，泡利提出了一種新粒子的可能性，這個(gè)“虛擬粒子”便是后來(lái)得到證實(shí)的中微子。1930年9月，泡利給同事寫(xiě)了一封信，他在信的開(kāi)頭寫(xiě)下了“親愛(ài)的放射性粒子女士們和先生們”的幽默語(yǔ)句，信中表達(dá)了自己的一個(gè)見(jiàn)解：在貝塔粒子衰變過(guò)程中，一些能量被“虛擬粒子”帶走，只有加上損失的能量，物理反應(yīng)式的兩邊才能保持能量的平衡，假想的粒子為電中性，它有極弱的相互作用和非常輕的質(zhì)量。泡利很難相信這種幽靈粒子的存在，他在信中半信半疑地陳述到，“我做了一件可怕的事情，假設(shè)了一種不可能被探測(cè)到的粒子存在”。

意大利人恩里科·費(fèi)米（1938年的諾貝爾獎(jiǎng)得主）之后建構(gòu)了一種十分優(yōu)雅的物理理論，涵蓋了泡利曾經(jīng)假想的輕質(zhì)量、電中性粒子，他將之命名為中微子，費(fèi)米沒(méi)有想到的是，中微子概念將對(duì)粒子物理學(xué)和宇宙學(xué)兩大領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的影響。在費(fèi)米建構(gòu)了中微子概念之后，科學(xué)前進(jìn)的“火車輪”滾動(dòng)了四分之一世紀(jì)，科學(xué)界終于迎來(lái)中微子被發(fā)現(xiàn)的時(shí)機(jī)，大約從1950年代起，核能發(fā)電廠產(chǎn)生了巨量的中微子，蓬勃興起的核發(fā)電廠變成了檢驗(yàn)中微子的“實(shí)驗(yàn)室”，1956年6月，兩位美國(guó)物理學(xué)家費(fèi)里德里克·萊茵斯（1995年的諾貝爾獎(jiǎng)得主）和克萊德·科溫給沃夫崗·泡利發(fā)了一份文字熱情洋溢的電報(bào)，他們?cè)陔娢闹新暦Q在探測(cè)器中發(fā)現(xiàn)了中微子的痕跡，幽靈粒子的存在被實(shí)驗(yàn)證實(shí)了，好像在一部電影展現(xiàn)的“惡作劇的鬼”一樣的粒子不再是虛擬和假設(shè)的產(chǎn)物，它是真實(shí)存在的粒子，在我們的宇宙中“漫天飛舞”。人們給予光子太多的贊美之詞，卻只好用“幽靈世界”的語(yǔ)句描述中微子的行蹤，人們現(xiàn)在知道，光明和不光明的粒子都有同等的科學(xué)價(jià)值，人們的科學(xué)認(rèn)識(shí)隨中微子的發(fā)現(xiàn)而改變。

（編譯：2015-10-7）