中微子这粒子,我总觉得它跟诺贝尔奖八字特别合,今年又领走一座,这已经是物理奖第五次落到它头上了。
一个不带电、懒得跟任何物质打招呼的东西,凭什么隔三差五就上一次领奖台?
把五次获奖连起来看,比单看一次有意思得多。
头一回是1988年,莱德曼他们仨确认中微子不止一种;1995年轮到莱因斯,他最先在实验里直接逮住了这粒子;2002年戴维斯和小柴昌俊把镜头转向太阳和超新星;2015年梶田隆章和麦克唐纳证明这粒子居然有质量。
三种中微子在传播中会互相变换身份,即中微子振荡(图源:费米实验室)
前四次干的其实是同一件事,回答中微子自己是谁。
今年第五次,味道全变了。
它不当研究对象了,改行当了人类看宇宙的仪器。
这得从一桩百年悬案说起。
宇宙线发现一百多年,它们到底从哪儿来,至今没个准信。
华中科技大学的吴庆文教授说,每秒有万亿个中微子穿过你的身体,你毫无感觉,正因为它懒得理人,才能从宇宙最致密的角落里逃出来,一路不偏不衰奔向地球。
带电的粒子飞着飞着就被星际磁场掰弯了路,伽马射线半道上容易被物质吸收,能直着走到底还不受骗的信使,宇宙里就它一个。
带电粒子被磁场掰弯、伽马射线半路被吸收,只有中微子直线抵达地球(图源:诺贝尔奖官网)
圈内人对这次颁奖的态度挺有意思。
国家天文台的陈学雷研究员说得很实在,授予哈尔岑“稍稍出人意料”,中微子天文已经拿过奖,眼下也不算最热门的方向,“但确实也是出色的工作”。
我倒觉得,意外归意外,奖单独发给一个人,这里头的门道更值得说。
冰立方是几千人规模的国际合作项目,奖却只挂了哈尔岑一个名字,上一次物理奖单人独享还是1992年的事。
委员会主席皮尔斯说他带着国际团队造出一台非凡的仪器,坚韧和远见为一种全新的天文学铺平了道路。
这种活儿换个人,还真干不成。
1988年他刚提出拿南极的冰当探测器时,听着跟开玩笑差不多,图纸是他画的,路也是他蹚的。
粒子物理一直是诺奖的困难户,现代实验动辄上千人,奖却最多三人分,多少成果卡在这条规矩上。
这次委员会干脆给同行打了个样,大型实验想拿奖,就得有哈尔岑这样从设想一路扛到落地的主心骨。
2026年诺贝尔物理学奖得主弗朗西斯·哈尔岑与授奖词(图源:诺贝尔奖官网)
再说这台机器有多离谱。
吴庆文给的数是,100亿个中微子里大概只有一个肯跟物质反应,想逮它只能拿体积换运气,冰立方直接圈了一立方公里的南极冰,埋下去5160个传感器。
南极冰深处干净透亮,几乎没有气泡,那点微弱的蓝光能传出很远,地下两公里又彻底没阳光,背景干净得很。
抓一个粒子,用掉了一代人的时间。
冰立方中微子天文台,冰层里的深色串列就是传感器阵(图源:视觉中国)
机器转起来之后,好戏一出接一出。
2013年它抓到28个能量超50万亿电子伏的来自太阳系外的高能中微子,这是头一份确凿证据。
2017年更有意思,一个300万亿电子伏的中微子落网,警报自动发往全球,各路望远镜顺着方向追过去,头一回把它锁定在30亿光年外的一个耀变体上,也就是个正在吞东西的超大质量黑洞。
可以说,从看见它到看清来处,这门学问走了三十年。
冰立方结构示意,一立方千米冰体里布满传感器,左下角埃菲尔铁塔仅作大小对比(图源:IceCube合作组)
这门学问现在轮到中国上场了。
上海交大李政道研究所牵头的海铃计划,打算把1200根望远镜串沉到南海3.5公里深的海底,监测的海水体积约7.5立方公里,比冰立方还大一圈。
再加上四川稻城的拉索在伽马射线那头盯着,伽马加中微子凑成一对,吴庆文管这叫多信使互补的格局。
以前是看别人开窗,这回自己动手造。
海铃计划阵列构想,1200根望远镜串沉入南海海床(图源:上海交大李政道研究所)
按规划,海铃一期今年先在近赤道海域建成小型阵列,2030年前后大阵列有望超过升级版的冰立方,成为国际上最先进的中微子望远镜。
吴庆文还提醒了一句,这种研究看着离生活十万八千里,爱因斯坦当年捣鼓广义相对论,也没想过今天的导航卫星不修相对论就没法用。
冷门学科的热回报,晚到但不缺席。
至于这项工作的意义,圈内人的劲儿已经说明了一切。
清华的楼宇庆教授这几天正带着学生研究高能中微子的来历,几天前还跟同事聊起这次获奖,还提到地中海的KM3NeT测到的最高能量已经比冰立方还高,各个组都在抢这个方向。
中微子身上还挂着一堆没解的题,绝对质量是多少,它是不是自己的反粒子,随便一个都够再养出一座诺奖。
第六座,没准得从南海海底捞上来。
我一个做材料的,隔着行看这场热闹,最感慨的还不是奖,是造机器的人。
一个想法在冰底下躺到快生锈,谁都嫌它慢,可宇宙的答案就藏在没人肯等的地方。
好奇心这东西,从来不挑舒服的地方待。
以上。
我是夏夏回来了。一名高校老师,深耕教育十数载。热切关注所有和学校教育有关的话题。如果您有和我一样或不一样的想法,欢迎和我交流。
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