方案論文寄到了美國,并于1942年1月在《物理評論》上發(fā)表。事后證明,正是由于這篇文章的引領和指導作用,人類才會在今天認識到中微子的存在。
1942年6月,王淦昌的論文發(fā)表后不久,美國物理學家艾倫開始按照王淦昌的建議做了K電子俘獲實驗。幾年之后,艾倫發(fā)表了一篇被認為是該年度甚至是該年代物理學界最重要的論文之一—《一個中微子存在實驗證據》,通過實驗結果證實了中微子的存在。然而受到當時世界整體科學條件的限制,實驗并不是非常成功。王淦昌知道結果后仍不滿意,1947年又寫了《建議探測中微子的幾種方法》發(fā)表在《物理評論》上。1952年,艾倫與羅德巴克合作,第一次成功地完成了實驗,同一年戴維斯也實現(xiàn)了王淦昌的建議,并最終證明一個中子在β衰變過程中產生的中微子不是幾個而是一個。
在完成了證實中微子存在的試驗之后,進一步的工作就是測量中微子與質子相互作用所引起的反應,直接探測中微子。但是中微子本身的特性決定了探測實驗的困難,中微子體積小,運動速度快,與物質的相互作用又弱。所以,直到1956年這項探測試驗才由美國物理學家弗雷德里克·萊因斯完成。整個實驗選擇在擁有強中微子源的核反應堆進行,選用氫核(質子)作為靶核,同時配備兩個容器,容器中則裝滿了液體閃爍計數(shù)器,這種計數(shù)器的特點就是每來一個射線就會發(fā)出一次熒光。由于中微子與構成原子核的質子碰撞時發(fā)出的明顯的 頻閃很有特異性,從而證實了中微子的存在。這項偉大的實驗,最終讓萊茵斯于1995年獲得了諾貝爾物理學獎。
中微子必將牽手人類文明
中微子的研究在粒子物理學乃至整個物理學中都占有極其重要的地位。針對中微子的研究成果已經摘得至少三次物理學界中的最高榮譽——諾貝爾物理學獎!隨著物質顯微鏡以及高能加速器、對撞機的發(fā)展,現(xiàn)在我們已經能夠知道中微子家族有三個成員,它們分別是電子中微子、μ中微子、τ中微子。每種中微子的發(fā)現(xiàn)時間至少間隔20年,這是由于它的特殊性及科技發(fā)展的程度所決定的。粒子的波長是與同粒子的速率成反比的,唯一探尋粒子的途徑就是提高被探測粒子的速率,所以我們只能不斷制造更高能的物質顯微鏡來滿足我們對認識微觀世界的求知欲。源自于宇宙大爆炸、超新星爆發(fā)和宇宙中其他物理過程所殘留下來的中微子充斥著整個宇宙,我們周圍到處都有它的身影,其具體數(shù)值是每立方厘米100個左右。我們的每一舉手投足之間,都有成萬上億個中微子越過我們的眼睛,透過我們的身體,甚至穿過地球。
通過許多頂尖的物理學家對中微子家族半個多世紀的研究,我們認識了許多關于中微子的性質、運動變化規(guī)律,但這僅僅是茫茫大海中為數(shù)不多的幾朵浪花而已,關于它的許多問題仍然困擾著全球最頂級的物理學家們,有待于他們去探索和研究。比如中微子的質量問題到底是怎么回事?反中微子是中微子本身還是一種新粒子?有沒有右旋中微子?中微子的速度與光速相比到底是快是慢?這些謎正是將微觀世界與宏觀世界聯(lián)系起來的重要環(huán)節(jié)。倘若中微子的研究領域有所突破,相信對我們真正了解宇宙會有關鍵性的幫助。
對中微子的研究,不僅在高能物理和天體物理中具有重要的意義,而且在我們的日常生活中也有現(xiàn)實意義。比如中微子通訊,由于中微子可以自由、快速且基本無耗地穿透地球,那么將中微子束加以調制,就可以使其包含有用信息,在地球上任意兩點間進行通訊聯(lián)系,從而無需昂貴而復雜的衛(wèi)星或微波站。又如利用高能中微子束對地層進行CT掃描,可對深層地層的未知世界進行勘探。
我們堅信,隨著科學技術水平的不斷提高,科學裝備逐步精良,在不久的將來,人們對中微子必定會有更深入的了解和應用。到那個時候,或許一切關于宇宙的奧秘和地球的謎團都將得到合理的解釋,而人類也將真正打開一個完全未知的新世界。
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