文章

诺贝尔物理学奖知多少

发布时间:2015-10-14 09:50    来自: 北京日报

日本超级神冈探测器,主要部分是一个高41.4米、直径39.3米的圆柱形容器。

梶田隆章

阿瑟·麦克唐纳


大亚湾中微子实验室。


  曹俊


  新闻背景
  2015年诺贝尔物理学奖颁给了日本的梶田隆章和加拿大的阿瑟·麦克唐纳,表彰他们发现中微子振荡现象,证实中微子有质量。它揭示了微观世界一个全新的规律,对研究宇宙和天体的起源与演化也有重大影响。
  从1957年提出想法,到2002年通过大气中微子实验、太阳中微子实验、反应堆中微子实验确立,中微子振荡现象探测发现,一波三折、令人惊奇。
  太阳的能量来源
  太阳的光和热滋润了万物生长。科学家们长久地思考,它的能量是哪里来的?太阳对我们太重要了,它表面上的一点涟漪——太阳黑子,也会对我们的生活带来可观的影响。几百年前,有人说跟煤燃烧一样。一百多年前,有人说是引力释放的能量。直到几十年前,科学家们仍在争论这个问题。二十世纪初物理学的突飞猛进,让英国的爱丁顿提出了更合理的假说:太阳的能量来自氢核聚变。接下来的二十年,一个又一个的理论困难被解决,到1939年,德国科学家贝特等人提出了完整的机制:氢核通过质子-质子链反应和碳--氧循环反应,聚变成氦原子核,从而释放出巨大的能量。
  得不到实验检验的理论只能算是一种假说。现在我们有一个听起来几乎完美的答案,怎么才能检验它对不对呢?核聚变只能发生在太阳核心很小的一片区域,那里的温度和密度远远高于外层,才能让聚变反应得以发生。产生的热能要经过10万年,才能传递到太阳表面,变成我们能感知的光和热。要验证这个理论机制,似乎是一件无法完成的任务,就算是脚下的地球,我们至今也不能深入核心去探究。
  幸好有一种神秘的粒子,它可以轻松地从太阳核心穿出,告诉我们太阳的秘密。它叫中微子。1930年,奥地利科学家泡利为解释核衰变中能量似乎不守恒的现象,预言了这样一种“永远找不到”的粒子。26年后,费尽千辛万苦,科学家还是在核反应堆旁找到了中微子存在的证据。假如贝特的理论是正确的,我们可以根据太阳释放的能量,精确地计算出太阳释放出多少中微子,以及它们的能量分布。计算得到的数字让人惊讶:尽管地球离太阳这么远,每一秒钟依然有3亿亿个太阳中微子穿过每个人的身体。
  1968年,美国的戴维斯在一个废旧金矿中观测到了来自太阳的中微子。他采用了615吨四氯乙烯作为探测器。因为中微子几乎不与物质反应,亿万个太阳中微子毫发无损地穿过探测器。但偶尔也有例外,大约每4天会有一个中微子被捕获,将一个氯原子变成放射性的氩原子。通过探测氩原子的放射性,戴维斯探测到了太阳中微子,证实了爱丁顿和贝特关于太阳能量来自氢核聚变的理论,因此荣获了2002年诺贝尔奖。

12下一页
上一篇:核聚变装置“托卡马克”简史下一篇:普罗米修斯之火——核聚变

    关注我们
  • 微信公众号:
  • NuclearNet
  • 扫描二维码加关注

Powered by Discuz! X3.2 © 2001-2013 Comsenz Inc.

联系我们|网站声明|中国核网-核能领域第一垂直门户网站