挖掘神秘粒子和宇宙的 X 射線視覺

Mining Mysterious Particles & X-ray Vision of the Universe

Raymond Davis Jr and Masatoshi Koshiba

像太陽這樣的恆星之所以發光，是因為它們將微小的氫原子擠壓在一起以產生更大的氦原子，從而釋放出大量的熱量和光。從理論上講，這些聚變反應還會射出幾乎沒有質量或電荷的幽靈粒子，稱為宇宙中微子。這些粒子被認為是不可能探測到的——每秒鐘就有數十億來自太陽的中微子幾乎都毫不費力地直接穿過地球及其上的一切——但小雷蒙德·戴維斯 (Raymond Davis, Jr) 和小柴雅聰 (Masatoshi Koshiba) 分享了 2002 年諾貝爾物理學獎的一半成功探測到宇宙中最難以捉摸的粒子。

利用探測很少與物質碰撞的物體需要大量物質才能與之碰撞的原理，雷蒙德戴維斯捕獲中微子的大膽想法是埋藏一個裝滿約 380,000 升普通氯基乾洗劑的罐子在金礦地下近 1.5 公里處，以保護其免受其他形式的輻射。在非常罕見的中微子撞擊氯原子的情況下，該原子轉化為元素氬的放射性形式，戴維斯可以檢測和計算這一事件。即便如此，如此龐大的系統在 25 年內也只能捕獲大約 2,000 個太陽中微子。

使用一個地下儲罐可以測量中微子與水中的原子碰撞時發出的微小閃光，小柴雅聰證明這些中微子確實來自太陽的方向。在爆炸產生的可見光到達地球之前，Koshiba 的坦克還從 170,000 光年外的一顆爆炸恆星中捕獲了中微子。這不僅提供了一些最初的實驗證據，表明在超新星爆炸的早期階段會釋放出大量的中微子，而且還表明這樣的系統足夠靈敏，可以探測到宇宙遙遠地區發生的類似事件。

88 歲高齡的戴維斯成為迄今為止最年長的諾貝爾獎獲得者，領先於 Peyton Rous（醫學，1966 年）、約瑟夫·羅布拉特（Peace，1995 年）和 Karl von Frisch（醫學 1973 年），他們都是 87 歲當他們獲得獎時。