寻找中微子有多难?为了发现它,诺贝尔奖得主差点去玩原子弹


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寻找中微子有多难?为了发现它,诺贝尔奖得主差点去玩原子弹


上一期【幽灵粒子】栏目 , 咱们提到物理学大师泡利预言了中微子的存在 。 在预言的时候 , 他还说自己给人类科学家创造了一道难题 , 因为这个粒子不可能被观测到 。
尴尬的是 , 在他临终前两年 , 中微子就被发现了 。 到处怼人的泡利 , 就这么被打脸了 。

不过 , 中微子的发现过程 , 的确是充满了艰辛 。 泡利虽然被打脸 , 但他的说法 , 还是有道理的 。
中微子之所以难以观测 , 就在于它几乎不和其他粒子发生任何反应 。

这里 , 我们就要说说“观测”这个词的本质了 。 说得俗一点 , 观测就是看的意思 。 什么叫看?有人说:睁开眼睛就叫看呗 。 其实 , 这都不是本质 。 所谓的看 , 是被看的物体表面有光子射出(直接或者反射) , 进入到我们的眼睛 , 然后传递到我们的大脑 , 大脑再成像的一个过程 。 也就是说 , 之所以我们能看见 , 是因为人类体内有物质可以接收这些光子 。
可是 , 中微子不一样 , 从看的方面来讲 , 本身就是不可能的 , 因为任何物体都拦不住它 。 当它射到眼睛的时候 , 不会像光子一样起作用 , 而是直接穿透我们的身体 , 然后离开 。 挥一挥衣袖 , 不带走一片云彩 。

不仅眼睛看不见 , 设备也看不见 。 因为 , 中微子对电磁力也免疫(实际上光是一种电磁波 , 我们看东西的本质是感受其电磁波) , 所以通过电磁力是无法观测中微子的 。 所以即使是最精密的设备 , 也只能对中微子毫无办法 。 另外 , 中微子也几乎不与普通粒子产生弱相互作用 , 更加提升了检测的难度 。
【寻找中微子有多难?为了发现它,诺贝尔奖得主差点去玩原子弹】难怪预言者泡利自己就说:我可能给人类出了一道难题 , 大家根本无法检测这种粒子 。
没有检测不到的粒子 , 只有不够精密的设备 , 或者不够聪明的办法 。
谁也想不到 , 这个难题 , 竟然是被当时处在抗日战火中的中国科学家解决的 , 他就是王淦昌 。

王淦昌作为中国核科学的奠基人和开拓者 , 两弹一星元勋 , 这一生的成就是非常伟大的 。 令人遗憾的是 , 他促成了两次诺贝尔物理学家 , 自己却与诺奖无缘 。 第一次就是在1391年时 , 还在德国攻读研究生的他提出了发现中子的实验设想 。 次年 , 英国科学家查德威克按此思路进行实验发现了中子并获得诺贝尔奖 。 第二次 , 就是因为中微子 。 同样的 , 他提出了方法 , 而被别人借鉴 。 (1959年的时候 , 他发现了反西格马负超子 , 却没有发表论文 , 第三次错过了诺贝尔奖 。 )
在德国读书的时候 , 正好也是泡利提出中微子假说、费米完善的时期 。 那个时候 , 王淦昌就对中微子非常感兴趣 。 在战火纷飞的中华大地上不断辗转的同时 , 王淦昌还坚持着自己的科研 。 1941年 , 在发表于美国的《物理评论》杂志上的论文《关于探测中微子的一个建议》中 , 他提出了K层电子俘获的方法 , 认为这是发现中微子的有效手段 。

其实 , 王淦昌最初是想把文章发表在国内的 , 可惜当时《中国物理学报》退回了他的文章 , 所以只好发表到国外 。
次年 , 美国物理学家艾伦就利用这个方法进行了实验 , 基本确认了中微子的存在 。

不过 , 一直到10年后的1952年 , 艾伦和罗德巴克再一次进行了实验 , 得到了极其完美的结果 。 至此 , 利用王淦昌的方法 , 人类终于确定中微子不只是假设 , 而是实实在在的粒子 。
当然 , K层电子俘获也不是唯一发现中微子的方法 。 1956年 , 美国物理学家莱因斯和科恩在经过5年的努力奋斗后 , 终于发现了中微子 。

他们的方法 , 是利用氯化镉和水来寻求反应:中微子+质子→中子+正电子 。 这里的正电子会和水里的电子发生湮灭现象 , 然后体现在光电倍增管 , 以证明实验的发生 。 而这个反应的发生 , 要在核反应中最容易出现 。

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