北京時(shí)間8月7日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，物理學(xué)家會(huì)對(duì)他們希望發(fā)生的事情大費(fèi)唇舌，但這些事也許終其一生都不會(huì)發(fā)生。例如，一名物理學(xué)家認(rèn)為在特定情況下，十分常見、但難以探測(cè)的中微子可以使整個(gè)原子核發(fā)生振蕩?？紤]到這一現(xiàn)象極難探測(cè)，他覺得光是提出這一想法就已經(jīng)夠傻了。
圖為橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的SNS實(shí)驗(yàn)裝置
圖為科勒拿著相干中微子核碰撞實(shí)驗(yàn)探測(cè)器模型
但四十年后，科學(xué)家宣布，他們真的發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。
具體來說，科學(xué)家找到了一種測(cè)量“相干中微子核碰撞”（coherent）的新方法。早在上世紀(jì)70年代，一名物理學(xué)家就預(yù)言了中微子發(fā)生互動(dòng)的可能性。一些人認(rèn)為此次發(fā)現(xiàn)或許能幫助我們?nèi)缈苹闷话憷弥形⒆印Ｆ渌藙t表現(xiàn)得更為審慎。但有一點(diǎn)是肯定的：物理學(xué)家認(rèn)為這是一次激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)。
“哇哦?。。。。?！”伊利諾伊州費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家胡安·埃斯特拉達(dá)（Juan Estrada）在郵件中表達(dá)了他的激動(dòng)之情。他也在尋找這一效應(yīng)，但并未參與此次研究。
根據(jù)物理法則，粒子有四種相互作用方式：引力、電磁力、強(qiáng)作用力和弱作用力。中微子是一種特殊的粒子，只能通過弱作用力和引力與其它粒子進(jìn)行互動(dòng)，而這兩種力在地球上的實(shí)驗(yàn)室都很難進(jìn)行探測(cè)。中子是原子核含有的兩種粒子之一。中子的β衰變便是弱作用力的一種，在衰變?yōu)橘|(zhì)子的同時(shí)釋放出一個(gè)中微子和一個(gè)電子。
如今，科學(xué)家測(cè)量中微子的方法相當(dāng)于“順藤摸瓜”。如果一個(gè)中微子擊中了質(zhì)子，也許就會(huì)使β衰變反向進(jìn)行，將質(zhì)子轉(zhuǎn)化為一個(gè)電子和一個(gè)中子。電子會(huì)發(fā)出閃光，從而被探測(cè)器捕獲。但這種相互作用十分罕見，且需要耗費(fèi)大量液體。
麻省理工學(xué)院理論物理學(xué)榮譽(yù)退休教授丹尼爾·弗里德曼（Daniel Freedman）是1974年預(yù)言中微子除了與質(zhì)子互動(dòng)外、還能發(fā)生另一種相互作用的科學(xué)家之一。他認(rèn)為中微子可以與整個(gè)原子核產(chǎn)生相互作用。這個(gè)過程涉及的能量很少，因?yàn)橹形⒆觾H能產(chǎn)生極弱的推力。但由于原子核比質(zhì)子大得多，這將遠(yuǎn)比與質(zhì)子相撞常見。這樣一來，便可以采用規(guī)模較小的探測(cè)器，只需不到50千噸水就能得到預(yù)期效果。
但弗里德曼指出：“我們的假設(shè)也許有些傲慢自大，因?yàn)橹形⒆?原子核彈性散射實(shí)驗(yàn)中難免受到相互作用率、分辨率和研究背景的局限?！睋Q句話說，他認(rèn)為這種相互作用仍然太過微弱和罕見，因而難以探測(cè)。
四十年后，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一組物理學(xué)家證明，弗里德曼的預(yù)言其實(shí)是正確的?！斑@并非不可能。”卡瓦里太空物理研究所的物理學(xué)家胡安·科勒（Juan Collar）指出。
他們能取得預(yù)期觀測(cè)結(jié)果，要?dú)w功于特殊的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和好運(yùn)氣。橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開展了一項(xiàng)名為“散變中子源”（簡(jiǎn)稱SNS）的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)在制造中子束的同時(shí)，還產(chǎn)生了大量中微子作為副產(chǎn)品。研究相干中微子核碰撞的科學(xué)家們正好利用了這一點(diǎn)。中子云可能會(huì)干擾信號(hào)，但該研究團(tuán)隊(duì)在20英尺（約合6米）的混凝土墻后的地下室中找到了一處合適的位置，足以擋住除中微子之外、SNS實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的任何粒子?！拔覀兡苷业竭@里真的非常幸運(yùn)?！倍趴舜髮W(xué)物理學(xué)家、相干中微子核碰撞合作研究團(tuán)隊(duì)發(fā)言人凱特·舒伯格（Kate Scholberg）表示，“我本來擔(dān)心會(huì)受到中子的影響，結(jié)果并不是這樣?！?/p>
當(dāng)中子束開啟時(shí)，可以看出清晰的探測(cè)器信號(hào)（以黑點(diǎn)表示），說明該團(tuán)隊(duì)確實(shí)捕捉到了中微子與原子核的相互作用。
相干中微子核碰撞實(shí)驗(yàn)裝置本質(zhì)上是一塊晶體，當(dāng)中微子擊中晶格時(shí)，通過弱作用力產(chǎn)生的相互作用使原子核發(fā)生振蕩，釋放出可以被探測(cè)到的微弱光線。中子束脈沖時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，因此探測(cè)信號(hào)也隨之上下起伏?！拔覀冎乐形⒆雍螘r(shí)會(huì)被發(fā)射過來，因?yàn)橹凶邮『妹棵腌娭婚_啟60次。”科勒解釋道，“這對(duì)于我們非常重要?！?/p>
舒伯格指出，該實(shí)驗(yàn)不僅驗(yàn)證了40年前的預(yù)言，還為一些針對(duì)中微子行為的猜想給出了約束?？评照J(rèn)為該研究最重要的影響在于，它為小型中微子實(shí)驗(yàn)開創(chuàng)了全新的未來。“也許50年后，我們真的發(fā)明了可行的中微子技術(shù)?！鼻疫@些技術(shù)可供公眾使用，就像曾經(jīng)顯得高大上、如今已飛入尋常百姓家的激光發(fā)射器一樣。
其他專家也激動(dòng)不已。有些團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始在自己的實(shí)驗(yàn)室中尋找同樣的信號(hào)?！澳馨l(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)所有人都相信存在、只是難以識(shí)別的現(xiàn)象，可謂一次巨大的成功?！毕耐拇髮W(xué)的物理學(xué)家約翰·格里高利·倫德（John Gregory Learned）指出。他尤其欣賞科勒所做的貢獻(xiàn)。但他也呼吁人們對(duì)該技術(shù)的前景持更謹(jǐn)慎的態(tài)度，就目前而言，他認(rèn)為該技術(shù)的應(yīng)用途徑相當(dāng)有限。
弗里德曼也十分高興。
“終于有人做了我在1974年提出的實(shí)驗(yàn)，”弗里德曼表示，“我當(dāng)然激動(dòng)得要命?！?/p>