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诺贝尔奖得主小柴昌俊去世,他在天体物理学上做出了哪些卓越贡献,对相关研究有怎样的意义? 第1页

  

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没有。

这可是老头子自己说的。

当老头子在获奖会见时被记者问到“此次诺贝尔奖的成就对世间有什么帮助”时,他回答道:“没有任何帮助(何の役にも立たない)。”

是啊,中微子能有什么用呢?几乎不与任何东西作用,每秒有成亿上兆个中微子穿过我们的身体,我们却浑然不知。很难想象这样的东西能对包括通信在内的任何领域有任何帮助。

提问的记者一时间也哑然无语,但这个发言后来被媒体称赞为最有价值的回答。

从一开始就以对世界有用为目标进行研究固然重要,但即使对世界没有任何帮助,只是单纯作为对学术真理的探究与无论如何都想弄清楚的问题所作出的努力,对于提升人类的智慧更是不可替代的。老头子说,纯粹的研究就是这样的。


老头子信奉的一个词叫“契机”(きっかけ)他说过一句如今也算是名言的话:对于自己想做的事,随时怀揣3,4个蛋,当机会降临之时,自然就孵化出来了。

老头子的一生就经历了许多契机。

老头子还年幼的时候梦想成为军人或音乐家。但由于12岁患上了小儿麻痹症,两者都不得不放弃。住院时班主任送了一本爱因斯坦的书,这成为了老头子想当物理学家的契机。

不过老头子高中时成绩很烂。在住校的澡堂子里偶然听到老师交谈中贬低自己,这成为了他努力学习的契机。于是拜同寝室优等生室友朽津耕三(现东京大学化学系名誉教授)为家教,最终考进了东大物理系。

老头子在东大成绩也不好。16科目中有2门「优」(都是物理实验)、10门「良」、4门「合格」。不过就是这样的成绩,却遇到贵人朝永振一郎(1965年因“重正化理论”获诺贝尔物理学奖)推荐到美国罗切斯特大学读博。由于单靠奖学金很难维持生计,听说拿到PhD后的薪水很多老头子又以此为契机发奋图强,仅用1年8个月的时间就拿到了PhD,创造了该大学至今仍未被打破的最快记录。


而从超新星爆发捕捉到中微子正是建立在偶然的契机之上的。

神冈探测器本来是计划用来探测质子衰变而设计的实验装置。然而,突然出现美国IMB的计划以更多的预算金额与更多的储水量,且周围设置的光电倍增管与神冈具有对光同等的感度,准备进行与神冈同样的实验。老头子说,「这种情况下如果神冈仅进行质子衰变的观测必定会输给美国。这种必定会输的实验就是在浪费国民纳的血税」。在老头子的坚决反对下,终于决定在不增加“球”的数量的前提下大幅提升每个球对光的感度,试图对太阳发出的中微子进行观测。

神冈改造后正式运转的第二个月就发生了谁也没有料到的大麦哲伦星云的超新星爆发。从SN1987A观测到中微子一事让老头子获得了诺贝尔奖。且神冈观测到的中微子数量(11个)击败了IMB(8个)。



经常有人说「小柴是幸运的」。确实是这样的,但是超新星爆发产生的中微子降临到了地球上所有60亿人身上,问题是谁对此做好了准备。我想,这就是老头子兜里随身携带的一个蛋的成功孵化吧。

老头子不仅自己得了诺奖,并且还培养出了优秀的弟子。老头子以前说过,「继承我研究的弟子中应该还会有两人得诺贝尔奖吧」。其中之一的户塚洋二曾被认为是有力的候选者,但却在2008年因癌症逝世未能如愿。不过另一位弟子梶田隆章(现东大宇宙射线研究所长、东大特别荣誉教授、四川师范大学荣誉教授)则在2015年因发现中微子振荡证明了中微子有质量而获得了诺贝尔物理学奖。

老头子还爱玩最终幻想。




老头子搞出来的中微子除了没有用处之外都有些什么用处呢?


一是对超新星爆发形成中子星机理的研究的贡献。这让中微子成为除电磁波以外研究天体物理的重要手段之一。

目前最有力的超新星爆炸机制就是“中微子加热说”。其过程被认为如下(参考下图)。 ( a )在恒星中以氢为燃料发生核聚变反应。制造出的氦会发生进一步核聚变反应,产生碳和氧等重元素,但一旦形成稳定的铁元素,核聚变反应就无法再进行下去了。( b )由于铁核的中心部温度(50亿度以上)与密度非常高,铁无法耐热,开始分解( )。来自铁原子核的质子将俘获电子,产生中子和中微子( )。 结果,支撑星体的压力下降,星体将无法承受自身的重量,发生引力坍缩。 ( c )随着引力坍缩的进行,中微子被封闭在星体的中心,形成了只能一点点逃离的区域(中微子球)。 ( d )更进一步,形成又重又硬的原中子星( PNS )。当周围被吸积而来的铁撞击这个原始中子星时,就会产生冲击波。 ( e )冲击波想要向外侧前进,( f )但中途能量被夺走,无法达到爆炸条件。 ( g )不过,失去势头的冲击波被中微子球一点一点释放出的中微子与中子反应时产生的热量再次加热复活。 ( h )复活的冲击波到达星星的外缘部后,星体就会爆炸,并在地面上可以观测到超新星。


关于超新星爆发释放中微子,答主在以下的回答中也有提到:




另外,中微子可能还是我们宇宙诞生的重要线索。我们的宇宙中之所以几乎仅有物质却鲜有反物质存在很可能就是因为中微子的对称性破缺。

关于中微子振荡的CP对称性破缺答主在以下回答中有提到:


中微子因为几乎不与其他物质作用,曾经还一度被认为是“暗物质”的重要候选粒子,不过目前这种可能性几乎已经被否定。答主在以下的回答中有提到:




如今,老头子没了,世人争先纪念他。但随着时间流逝,老头子的热度也会一天天下降直到几乎被遗忘。不过老头子创造的中微子这个“契机”仍然还是一个静待孵化的“梦想之蛋”。在其孵化之际,会给人类带来怎样的“奇迹”呢?


老头子逸事参考资料

[1]『心に夢のタマゴを持とう』(講談社文庫)小柴昌俊 著

[2] 2002年10月9日、朝日新聞朝刊 

[3] Wikipedia日本-小柴昌俊

[4] 『淡青』東京大学広報誌第9号(2003.3) ノーベル賞 受賞記念特集「ニュートリノ天体物理学の誕生」








  

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