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从诺贝尔物理学奖观“中微子”的前世今生 　　摘要：瑞典皇家科学院将2015年诺贝尔物理学奖授予日本科学家?|田隆章以及加拿大科学家阿瑟?麦克唐纳，以表彰他们在中微子质量研究的贡献.二位科学家发现了中微子振荡的现象，从而证明中微子也有质量.时隔13年“中微子”第4次登上了世界最高物理学奖的领奖台，诺贝尔奖在奖励“中微子”所取得的重要成果的同时也“记录”了它的发展历程.本文围绕该领域所获得的4块诺贝尔奖，给人们介绍了中微子的基本特征并展现了中微子艰难的探索历程. 　　关键词：诺贝??物理学奖；中微子；物理学史 　　1“中微子”的基本特征 　　中微子其字面上的意义为“微小的电中性粒子”，又译作微中子，是轻子的一种，其自旋量子数为12.很多中微子在宇宙射线与大气层之间作用中产生，其他中微子在太阳内部核反应中产生.中微子有三种：电子中微子、μ子中微子和τ子中微子，分别对应于相应的轻子：电子、μ 子和τ 子.所有中微子都不带电荷，不参与电磁相互作用和强相互作用，但参与弱相互作用.标准模型的假设里中微子的静止质量为零，但可以通过修改标准模型使中微子有非零的质量.实验表明，中微子确实微小但质量并不为零. 　　中微子没有通常意义上的反粒子.其中反电子中微子是β衰变的副产品.目前观察到中微子只有左旋，而反中微子只有右旋.反中微子如同中微子只参与弱相互作用及重力作用.由于中微子不带电荷，其可能即是自己的反粒子.带有这种性质的粒子称作马悠拉纳粒子.如果中微子确实是马悠拉纳粒子，我们便有机会观察到不放出中微子的双重β衰变.有许多实验试图去寻找这类的反应过程. 　　2“中微子”的探索历程 　　1930年，奥地利物理学家泡利为了解释β衰变中的所谓“能量危机”（即在β衰变过程中，电子的能谱是连续的，而不像α衰变、γ衰变那样，能谱是分立的.）提出了“中微子”的假设[1] [2] [3].1956 年，克莱德?柯温（Clyde Cowan）和弗雷德里克?莱因斯（Frederick Reines）利用核反应堆产物的β衰变产生反中微子，观测到了中微子诱发的反应，这是第一次从实验上得到中微子存在的证据[1] [2] [3]. 此时，距泡利首次提出中微子假说整整过去了26年.近40年后，莱因斯与发现τ子的美国物理学家马丁?珀尔（Martin Perl）分享了1995年诺贝尔物理学奖.但遗憾的是，柯温已于1974年去世了，否则他也有机会获此殊荣. 　　1962年，美国布鲁克海文国家实验室的物理学家利昂?M?莱德曼等人发现了中微子有“味”（量子数）的属性，证实了μ子中微子和电子中微子是不同的中微子.他们也因此获得1988 年的诺贝尔物理学奖[4].2000年7月21日，美国费米国家实验室宣布发现了τ 子中微子存在的证据. 　　1968 年，美国物理学家雷蒙德?戴维斯等人在美国南达科他州的Homestake地下金矿中建造了一个大型中微子探测器，通过探测发现，来自太阳的中微子不到理论预言的13，这让科学家们大惑不解，一方面寻找理论计算中的错误和漏洞，另一方面重复实验，持续测量了30多年.测量结果始终没有改变，其它实验组也相继做了类似的实验，都得到相同的结果.这就是太阳中微子丢失问题. 　　1982 年，日本科学家小柴昌俊在一个深达 1000米的废弃砷矿中领导建造了神冈探测器，最初目标是探测质子衰变，也可以利用中微子在水中产生的切连科夫辐射来探测中微子.1987年2月，在银河系的邻近星系大麦哲伦云中发生了超新星1987A的爆发.日本的神冈探测器和美国的Homestake探测器几乎同时接收到了来自超新星1987A的19个中微子，这是人类首次探测到来自太阳系以外的中微子，在中微子天文学的历史上具有划时代的意义. 　　2001 年，加拿大的萨德伯里中微子观测站（简称“SNO”）发表了测量结果，探测到了太阳发出的全部三种中微子，证实了太阳中微子在达到地球途中发生了相互转换，三种中微子的总流量与标准太阳模型的预言符合得很好，基本解决了太阳中微子缺失的问题. 　　雷蒙德?戴维斯超越时代的实验结果终于在34年后才终于被人们所理解，他和小柴昌俊因在中微子天文学的开创性贡献而获得2002年的诺贝尔物理学奖. 　　3“中微子”的重大突破 　　物理学家?|田隆章以及阿瑟?麦克唐纳分别来自两个大型研究团队：超级神冈探测器团队以及萨德伯里中微子观测站团队，他们发现了中微子在飞行过程中的转变现象[5] [6] [7].解决了中微子之谜，从而开启了粒子物理学研究的崭新篇章.因此两位科学家获得了2015年的诺贝尔物理学奖. 　　?|田隆章（Kajita Takaaki），1959年出生在日本?斡裣兀??斡翊笱Ю硌Р课锢硌Э票弦担?东京大学理学博士.日本物理学家、天文学家，现任东京大