中微子，理解宇宙起源关键一环

和去年诺贝尔物理学奖得奖项目因为过于偏重应用而受到学界质疑不同，昨天的奖项项目在物理学家们眼中算是实至名归。而中微子也因为它的重要性，相关发现4次获得诺贝尔物理学奖。1930年，奥地利物理学家泡利第一次提出存在中微子的假设，此后科学界孜孜不倦继续探索，到现在终于初步揭开了它的性质。

中微子振荡的发现改变对宇宙的认识

中国大亚湾中微子实验团队成员、上海交通大学特别研究员刘江来向记者介绍，此次得奖的两位科学家，是首次在实验中毫无争议地证明了中微子振荡的存在，从而证明了中微子是存在质量的，这才使得不同形态的中微子存在是可能发生的。而前两次与中微子相关的诺贝尔物理学奖获奖项目，也因为这两位科学家的发现得以解释原理。

中微子是一种诡异且孤僻的基本粒子，广泛存在于自然界当中。它不带电，质量极小，几乎不与周围的物质世界发生相互作用。“从某种程度上来说，中微子就是一种已知的暗物质。”上海交通大学鸿文讲席教授季向东告诉记者。

粒子标准理论模型认为，宇宙大爆炸制造出了同样多的物质和反物质。但不知为何，物质脱颖而出，反物质似乎“销声匿迹”。过去科学家们一直认为，中微子是以光速运动的没有质量的一种粒子。此次这两位科学家用实验证明了中微子振荡，从而证明了中微子是有质量的。这是科学家第一次证明了粒子物理标准模型以外的粒子存在的模型，从而使得粒子物理的研究领域得到了极大的开拓。

了解中微子，对于了解宇宙的起源有着重要的意义。

现在，科学家们已经看到了许多中微子，它们有的来自肉眼不可见的亚原子世界，有的来自浩瀚的宇宙空间，如恒星内部的热核反应、宇宙射线与地球大气层的碰撞、地球上岩石等各种物质的衰变，以及宇宙中的超新星爆发等。太阳内部的核反应每秒钟就能产生10的38次方个中微子。

中微子有质量，这一发现还有可能推进科学家对反物质研究的进展。季向东说：“超新星爆炸时，几乎所有的能量都被中微子带走了，这决定了中微子是重要的能量传输载体。这意味着，如果要了解我们现在的世界为何是这样的、组成我们所处的这个世界的元素如何合成、能量如何产生，则必须研究中微子。现在科学家们甚至怀疑中微子的反粒子就是中微子本身，而暗物质也许就是现有三种形态中微子的姐妹粒子。”

日本超级探测器两次带来诺贝尔物理学奖

此次利用日本超级神冈探测器实验产生中微子振荡的梶田隆章（Takaaki Kajita），是著名物理学家小柴昌俊（Koshida）的学生。小柴昌俊因其“在天体物理学领域做出的先驱性贡献，其中包括在探测宇宙中微子和发现宇宙X射线源方面的成就”，获得2002年诺贝尔物理学奖。梶田隆章就是在他的基础上，进一步在实验中验证了中微子振荡。

在上世纪70年代末，超级神冈探测器在小柴昌俊的领衔下成立。探测器建立前，他曾与当时中科院高能物理所的唐孝威讨论双方合作时进行研究，因为日本的地质条件太差，而宇宙粒子观测必须在地下不受本底辐射影响的地方进行，他们相约分别申请经费，并且由唐孝威在中国寻找实验场地。

遗憾的是，唐孝威当时在国内申报这一项目未获支持。而小柴昌俊却在19年后，即1998年世界中微子大会上宣布存在大气μ中微子振荡实验结果，他带着研究组经过20年得到三大成果——证实太阳中微子丢失，探测到超新星爆发的中微子，探测到大气μ中微子振荡现象，并给出了中微子振荡的相关参数的可能值，从而获得了2002年诺贝尔物理学奖。

中微子研究成近年各国研究热点

“虽然发现中微子是幸运与坚持的产物，但是在2002年小柴昌俊获奖后，这段历史曾经引起很多学者的反思。”一位学者告诉记者，超级神冈探测器的前身是3000吨级的神冈探测器，本来是小柴昌俊用来寻找质子衰变现象的，后来恰好赶上几十年发生一次的超新星爆发，科学家碰巧探测到超新星中微子，揭示了超新星爆发的机制。日本政府随后将神冈探测器升级为50000吨级的超级神冈探测器，主要目标依旧是寻找质子衰变现象，结果又一次“意外”得到诺贝尔奖级别的发现。

事实上，中微子是近年来的研究热门，目前国外正在运行的较大的中微子探测器，包括位于南极冰面下的“冰立方”探测器、地中海海底的“心宿二”中微子望远镜、日本的超级神冈探测器、意大利的格兰萨索国家实验室，以及加拿大萨德伯里中微子观测站。其中一类用来探测自然产生的中微子，一类用来探测核反应堆和加速器产生的中微子。

据介绍，中国在这一领域虽然起步已晚，但近年来正在不断加快布局，其中包括西藏羊八井的国际宇宙线观测站、大亚湾反应堆的中微子研究项目、四川锦屏山的暗物质研究，并且已经开始产生一些成果。2012年3月，大亚湾核反应堆一个中美领导的合作项目第一次发现了中微子三种振荡角度的第三种振荡，即核反应堆振荡模式，该成果入选《科学》杂志当年评选出的科学领域十大突破。

文汇报首席记者 姜澎