错过中微子和引力波，不再错过量子比特（上
  中微和引力波是我们理解物质结构和宇宙起源的重要物理概念。随着中微和引力波的理论预言得到证实，科学家比以往任何时候都迫切需要建立理论与实验相结合的中微物理学和中微天文学，引力波物理学和引力波天文学，由于天体物理学是沟通物理学和天文学的桥梁，或者在物理学和天文学之间存在相互交叉、相互融合的“共享板块”，我们将两大学科的共享对象和共享内容用宇宙哲学的“等效原理”加以概括。可以将物理学和天文学的“等效关系”进一步延伸到分支学科的领域，即：中微物理学和中微天文学，引力波物理学和引力波天文学遵循哲学“等效原理”定义的共有属性。中国科学家曾经最早涉及到中微和引力波物理学的探测活动，只是由于在当时的历史条件下，中国科学缺少和国际科学进行交流与合作的促进机制，对基础科学研究的作用和意义重视程度不够，科研经费的申请和审批存在行政体制方面的诸多限制，中国科学家错失了最早发现中微和引力波的历史机遇，造成了与诺贝尔物理学奖“擦肩而过”的遗憾，反思其中的经验教训能够促使中国科学更好地融入国际科学的“大家族”，实现中国科学的超越式发展。

  1930年，奥地利卓越的物理学家泡利首次提出了中微假想，自那以后，物理学家孜孜不倦地进行探索，迄今已有四次诺贝尔奖与中微的探索发现有关。中微是一种广泛存在于自然界的基本粒，它是质量极的不带电粒，与周围的物质几乎不发生任何作用，中微的数量惊人，在太阳内部的核聚变反应过程中，每秒钟能够产生10的38次方个中微。我们看不到、听不到、触不到中微的存在，这并不妨碍每秒钟有数亿亿个中微从我们的身体上无声无息地穿过，有数亿亿亿的中微从我们的地球“不费吹灰之力”地穿越。中微和科学家假设的另一种“幽灵粒”——暗物质粒非常相似，本作者不得不用宇宙哲学的“等效原理”来连接两种粒的神秘属性，中微和暗物质粒在不与任何物质发生相互作用的“幽灵”属性上符合宇宙哲学的“等效原理”。有一些物理学家甚至怀疑中微是一种已知的暗物质，能够替代暗物质在宇宙的作用，但是，中微毕竟不是物理学家寻找的暗物质粒、或者“准暗物质粒”，我们宇宙的星系和超大结构是通过暗物质的框架结构而形成的，离开了暗物质构造的宇宙舞台，我们的身体、星系和宇宙的超大结构就会“云消雾散”、“销声匿迹”，因为质量极的中微不能替代暗物质“中流砥柱”的支撑作用。

  科学家认为中微的来源非常广泛，它在宇宙的数量可能仅次于光，中微来自恒星内的核聚变反应，宇宙射线与地球大气层碰撞可以产生中微，来自宇宙的超新星爆发，地球上岩石等物质的衰变可以产生中微。发现中微的存在，探索中微的性质能够帮助我们了解恒星内部核反应和超新星爆发的物理机制，能够帮助我们理解物质和能量的转换和宇宙的起源，甚至有助于我们去寻找“反物质去哪儿”、“迷失的暗物质”、“万有引力常数”之谜的线索。日本科学家研制的超级探测器帮助他们两次获得了诺贝尔物理学奖，一次是著名物理学家柴昌俊和他带领的研究团队经过二十年的探索得到了三大成果——证实了在太阳内部产生的中微、探测到超新星爆发带来的中微、检测到地球大气层内的μ中微振荡，柴昌俊由此荣获了2002年的诺贝尔奖。一次是柴昌俊的学生梶田隆章和他带领的研究团队在超级神冈探测器的实验中证实了中微的震荡现象，梶田隆章荣获了2015年的诺贝尔物理学奖。

  “超级神冈探测器”是东京大学1982年建造的大型中微探测器，最初的目标是探测质衰变，该装置也能够探测太阳、地球大气和超新星爆发产生的中微。实验室位于日本岐阜县神冈矿山一个深达1000米的废弃砷矿井。上个世纪的七十年代末，在神冈探测器实验基地建立之前，柴昌俊曾与当时中科院高能物理所的唐孝威讨论过双方合作的有关事宜，考虑到日本地质条件的限制，宇宙粒探测必须在不受干扰的深部地下进行。两位科学家提出了双方分别申请经费，并且由唐孝威在中国寻找实验场地的方案，唐孝威带着两个年轻的研究员到中国西部山区及四川的铁路沿线寻找合适的山洞，找到了几个候选的地点。遗憾的是唐孝威当时在国内申报的国际科学合作项目未获通过。根据反映唐孝威院士生平事迹的各类书籍和文章的介绍，我们了解到唐孝威院士当年错失诺贝尔奖的一些细节信息，1978年1月，46岁的中科院高能所物理学家唐孝威带领一个中国科学家组，在德国汉堡电同步加速器中心参加了丁肇中领导的一项实验项目，这是中国改革开放后首次派到西方国家的科学家组，51岁的日本科学家柴昌俊当时也到了汉堡，他参加了另一个实验组的研究工作。

  唐孝威和柴昌俊在汉堡认识以后，两人对质衰变实验产生了浓厚兴趣，1979年9月，唐孝威回国，柴昌俊回到日本，两人经过多次通信联系，商议中日两国合作建造大型探测装置的计划，用以探测质衰变事件，两位科学家当时认为，如果探测到粒物理标准模型预言的质衰变事例，那将是粒物理学的一个重大发现；如果探测不到质衰变，这一探测装置可用于宇宙射线的研究，从而产生意想不到的“副产品”。计划的内容是中方负责寻找实验地点，建造深洞实验室，提供3000吨-5000吨的纯水，日方负责约1000个光电倍增管及相关的电设备，中方经费由唐孝威向中国科研机构申请，而日方经费由柴昌俊向日本科研机构申请。柴昌俊没有如预期的那样探测到质衰变事例，但是，他在20年的长期探索中收获了意外的成果，1987年，神冈探测器与美国、苏联的探测装器同时探测到来自大麦哲伦星云的超新星爆发带来的中微，于是，柴昌俊决定将探测装置的体积扩大10倍，在1995年建成了5万吨纯水的超级神冈探测器。在1998年的世界中微大会上，柴昌俊公布了详细的实验结果。

  在日本的超级神冈探测器和加拿大的萨德伯里中微观测站共同成为中微震荡的发现基地之后，中微日益成为热门的研究对象，南极“冰立方”探测器、地中海海底的“心宿二”中微望远镜、意大利的格兰萨索国家实验室都在积极探测中微，这些实验装置或者用于探测自然世界的中微，或者用于探测核反应堆和加速器产生的中微。中国科学家在中微的探测领域响应早，起步晚，近几年的研究成果十分显著，中国科学院建造了西藏羊八井的国际宇宙线观测站、四川锦屏山的暗物质实验室，建立了大亚湾反应堆中美中微合作研究项目。2012年3月，大亚湾核反应堆中微合作项目组第一次发现了中微的核反应堆振荡模式，2015年11月，中科院高能物理研究所的王贻芳研究员、美国伯克利国家实验室的陆锦标教授以及中美大亚湾中微实验团队共同荣获了2016年基础物理学突破奖，这是中国科学家和以中国科学家为主的实验团队首次获得这一奖项。

  （邓如山2017-9-25邮箱：deepmind_123@163.）

  (Wemissedthediscoveryofrinosandgravitationalwavesi,thediscoveryandapplicationsofQuantumbit.)



更多完整内容阅读登陆

《墨缘文学网，https://wap.mywenxue.org》