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星海微萤(文摘版)

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日志

 
 

粒子物理学(2015 年 10 月 A)  

2015-11-02 20:30:31|  分类: 粒子物理学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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日加科学家分享诺贝尔物理学奖(2015 10 7 日参考消息)

日本和加拿大科学家获诺贝尔物理学奖(2015 10 7 日光明日报)

日加科学家分享诺贝尔物理学奖(2015 10 7 日文汇报)

中微子,理解宇宙起源关键一环(2015 10 7 日文汇报)

宇宙物理和物理学应用成大热门(2015 10 7 日文汇报)

日加科学家分享诺贝尔物理学奖(2015 10 7 日新民晚报)

中微子之谜(2015 10 8 日参考消息)

《生活大爆炸》:科学也可搞笑(节选)(2015 10 8 日参考消息)

看“粒子世界的蜕变”(2015 10 8 日科技日报)

中微子未来仍将是诺奖热门(2015 10 8 日科技日报)

韩国科学界“反思”未获诺奖原因(2015 10 8 日科技日报)

2015诺贝尔物理学奖揭晓:粒子世界的蜕变(2015 10 8 日中国科学报)

粒子物理开新篇(2015 10 8 日中国科学报)

张杰:高能量密度物理领域探索者(2015 10 9 日光明日报)

日本高度关注诺贝尔奖(2015 10 9 日科技日报)

一周人物:尹希(31岁中科大学霸当上哈佛正教授)(2015 10 9 日中国科学报)

张杰获激光聚变领域国际最高奖(2015 10 9 日上海科技报)

 


参考消息 2015 10 7

日加科学家分享诺贝尔物理学奖

粒子物理学(2015 年 10 月 A) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

 

 


光明日报 2015 10 7

日本和加拿大科学家获诺贝尔物理学奖

粒子物理学(2015 年 10 月 A) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

梶田隆章

 

粒子物理学(2015 年 10 月 A) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

阿瑟·麦克唐纳

 

本报赫尔辛基106日电(记者卞晨光)瑞典皇家科学院今天宣布,日本东京大学宇宙射线研究所所长梶田隆章和加拿大女王大学粒子物理学教授阿瑟·麦克唐纳共同获得2015年诺贝尔物理学奖,以表彰他们在中微子振荡方面所作出的突出贡献,两人将分享800万瑞典克朗的奖金。

中微子是构成物质世界的基本粒子之一,不带电荷,几乎能够不受干扰地穿过任何物质,并很少与其他物质发生相互作用,因此极难探测。中微子共有三种类型,可通过放射性衰变或核反应产生,例如在太阳内部和核反应堆内,或当宇宙射线击中原子时。大多数穿过地球的中微子来自太阳,平均每秒钟大约有50多万亿个中微子穿透人体。

20世纪60年代以来,通过对太阳中微子的观测发现,实际测量到的中微子流量只有理论预言值的三分之一,这就是著名的“太阳中微子问题”。瑞典皇家科学院发表的公告说,梶田隆章通过东京大学附属的大型宇宙射线探测装置——超级神冈探测器发现,大气中的中微子可在两种不同类型中发生转化,而由阿瑟·麦克唐纳领导的研究团队则利用加拿大萨德伯里中微子观测台得出的测量结果,说明太阳中微子在到达地球的途中并未出现部分消失的现象,而是变成了其他类型的中微子,即出现了中微子振荡。此后,有关太阳中微子振荡、大气中微子振荡、核反应堆中微子振荡和粒子束中微子振荡等现象均被一系列科学实验所证实。

对于物理学而言,中微子振荡的发现极为重要,因为这意味着中微子具有质量,而不是像粒子物理学中的标准模型里所预言那样,是一种质量为零的粒子,它彻底改变了人类对于宇宙的形成、结构、演变和未来的认识。

1959年出生的梶田隆章,毕业于日本埼玉大学,后获得东京大学博士学位,1986年起开始在东京大学研究中微子,2008年起担任宇宙射线研究所所长至今。阿瑟·麦克唐纳出生于1943年,从加拿大达尔豪西大学毕业后前往美国加州理工学院深造,并获得物理学博士学位,曾在美国普林斯顿大学任物理学教授多年,后加入加拿大女王大学,目前负责该校的研究工作,并担任萨德伯里中微子观测台台长。

 


文汇报 2015 10 7

日加科学家分享诺贝尔物理学奖

粒子物理学(2015 年 10 月 A) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

日本科学家梶田隆章在东京出席新闻发布会。

 /东方IC

 

粒子物理学(2015 年 10 月 A) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

阿瑟·麦克唐纳教授获得诺贝尔物理学奖后在位于金斯顿的家中打电话。

新华社发

 

本报讯(首席记者 姜澎)2015年诺贝尔物理学奖昨天揭晓,获奖者为日本东京大学宇宙线研究所所长、同研究所附属宇宙中微子观测信息融合中心负责人梶田隆章(Takaaki Kajita)和加拿大女王大学教授阿瑟·麦克唐纳(Arthur B.McDonald)。获奖理由是“发现了中微子振荡,表明中微子具有质量”。

在世纪之交,梶田隆章宣布他带领的课题组发现了中微子从大气中到超级神冈探测器的过程中,可以转换两种形态。而在加拿大,麦克唐纳的课题组通过实验证明了中微子从太阳到地球的途中并不消失,而在萨德伯里中微子观测站以另外一种形态被捕获。

诺贝尔奖官网对奖项的评价是:梶田隆章与阿瑟·麦克唐纳的实验成果证实中微子可以改变种类(又称“味”),进而证实了中微子具有质量,这一发现改变了人类对物质内在运作方式的理解,并且对我们宇宙观的形成有极其重要的作用。

这已经是中微子相关研究成果第四次获得诺贝尔奖。1956年,美国物理学家莱因斯等第一次直接探测到了中微子,于1995年获得诺贝尔物理学奖;1962年,美国的莱德曼、舒瓦茨、斯坦伯格发现第二种中微子——μ中微子,获1988年诺贝尔奖;1968年,美国的戴维斯发现太阳中微子失踪,获2002年诺贝尔奖,而日本神冈实验和美国IMB实验观测到超新星中微子,小柴昌俊因此同获2002年诺贝尔奖。

 


文汇报 2015 10 7

中微子,理解宇宙起源关键一环

本报首席记者 姜澎

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1038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。20123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 2015 10 7

除了粒子物理研究,诺奖还青睐物理学哪些领域

宇宙物理和物理学应用成大热门

本报首席记者 姜澎

昨天的诺贝尔物理学奖颁给了用实验验证中微子振荡的两位科学家,但盘点近年来的得奖项目以及预测获奖的热门项目可以发现,近年来关于物理学前沿的热门领域,都与宇宙物理以及物理学的应用研究相关。

满足人们好奇的宇宙物理成热门研究领域

“现代物理学诞生以来,从光子发射到宇宙膨胀,我们仍然生活在爱因斯坦的宇宙中,这个宇宙在宏观尺度上受相对论制约,在微观尺度上受量子力学制约。物理学家最渴望的是将微观尺度上的物理学理论与宏观尺度上的理论统一起来。”一位物理学家这样告诉记者。

如果说在上世纪前30年物理学的大热在于建立起了现代物理学理论框架,带来革命性的变化,那么此后就并没有更多激动人心的变化。近年来,很多物理学的研究都是满足人们好奇心的研究,希格斯粒子的发现、暗物质的探测、冥王星的观测……莫不如此。

粒子物理在宇宙的起源和进化、天体形成和演化的研究中起着越来越重要的作用,并且与宇宙天体物理形成了新的交叉学科——粒子天体物理。如今这是物理学的又一个研究前沿,也是诺贝尔奖的大热门,相关成果共19次获奖。

所有激动人心的粒子物理研究进展,都与宇宙物理研究相关。其中暗物质也是热门得奖领域,可以期待的是,一旦在实验领域有进展,暗物质对整个物理学领域也将带来极大的突破。

应用领域的研究成科学家“聚集地”

此次预测获得诺贝尔物理学奖的大热门,就有不少是来自物理学应用领域的成果。

在不久前汤森路透公布的引文桂冠奖中,物理学领域的就有Deborah S.Jin,他在超低温条件下实现费米凝聚,未来将可能被应用于精密测量、量子计算及超导领域。来自佐治亚理工学院的王中林教授,因发明了可将机械能转换为电能的纳米能源系统而获得提名,这一系统可应用于将肢体运动转换为能量的可穿戴服装设备。

去年预测的大热门,也是与量子物理以及纳米材料研究相关,包括华裔科学家杨培东对纳米线光子学的贡献,及其研制出的第一个纳米导线激光器。

 


新民晚报 2015 10 7

解密宇宙神秘粒子中微子“其实有质量”

日加科学家分享诺贝尔物理学奖

粒子物理学(2015 年 10 月 A) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

昨天在瑞典首都斯德哥尔摩,瑞典皇家科学院常任秘书戈兰·汉松(中)公布获奖者名单

新华社 发

 

地球表面每平方厘米的面积里,每秒钟有超过1000亿中微子穿过,但我们却无从察觉,因其无处不在和难以琢磨的神秘,人类在中微子领域的每一步探索进程都十分难能可贵。昨日,2015年诺贝尔物理学奖在瑞典皇家科学院揭晓,日本科学家梶田隆章(Takaaki Kajita)和加拿大科学家阿瑟·麦克唐纳(Arthur B. McDonald)因发现中微子振荡而获奖。两位科学家的研究证明中微子并不像理论假设那样没有质量,他们的研究改变了人类对宇宙和物质运行核心的本质认识。

发现中微子振荡现象

中微子是一种不带电、质量极其微小的基本粒子,几乎以光速在宇宙中传播,几乎不与物质发生相互作用。在整个宇宙中,中微子的数量仅次于光子,是宇宙中数量最多的粒子之一。然而,长期以来科学家们甚至都无法确认中微子是否真的存在,从1930年中微子被首次提出经历了1/4世纪才被科学家捕捉到了蛛丝马迹来证明它的存在。

从上世纪60年代开始,科学家们已经从理论上计算出了太阳维持发光的情况下其内部核反应过程中应当产生的中微子数量。可是在地球测得的数量竟然少了三分之二,那些中微子到哪儿去了?根据粒子物理学的标准模型,应当存在三种不同类型的中微子,人们猜想不同类型可能互相转变(振荡)。

梶田团队通过日本的超级神冈探测器捕捉到的中微子是宇宙射线与地球大气层相互作用所产生的。大量实验数据表明,大气中的中微子发生了转变。而在地球另一边,加拿大的萨德伯里微中子观测站开展对来自太阳的中微子的研究工作。由阿瑟·麦克唐纳率领的研究组首次证明这些中微子同样存在类似的转变现象。发布会上,评选委员会的专家解释,这两项实验的结果导致了一种新现象的发现——中微子振荡,更进一步的意义还在于,曾长期被认为是没有质量的中微子其实是有质量的,“这不管是对于粒子物理学还是对于我们理解宇宙的本质都具有极重要的意义。”

中微子研究将有更多诺奖

细细数来,历史上已有多位科学家因中微子而获得诺贝尔物理学奖,包括本届得主梶田隆章的导师小柴昌俊就曾在同一实验室观测到超新星中微子而获得2002年诺贝尔物理学奖。

为何诺奖尤爱这神秘粒子?上海交通大学物理系主任、粒子物理宇宙学研究所所长季向东教授认为,中微子是微观世界所有粒子中最神秘、最难研究的,科学家们需要很多努力来研究它独特的性质,然而它又在例如元素合成等宇宙发展中起到重要作用,研究中微子的特性将有望解释为什么宇宙中某些元素特别稀少等问题,让人类对所处的世界能有更清晰的认识。

对于中微子,仍有许多未解之谜,世界各地的科学家仍在埋头探索。由我国和美国科学家共同参与的大亚湾中微子实验国际合作组正在测量太阳中微子振荡、大气中微子振荡之外的第三种中微子振荡模式,并精确测量其振荡几率,进而定出物理模型的参数。“这种振荡效应是非常小的,也是最难测量的。但我们继3年前首次公布成果后至今又进行了一系列调试,精确度成倍提升。”季向东说,“中微子还有很多未知,还会有很多诺贝尔奖,比如‘中微子和它的反粒子是否是同一个粒子’等都是诺奖级的问题。”

本报记者 易蓉

说说物理学奖那些事儿

物理学奖是瑞典化学家阿尔弗雷德·诺贝尔在遗嘱中第一个提及的诺贝尔奖项,自1901年以来已颁出201人次。

■ 空缺  诺贝尔物理学奖迄今出现过6次空缺,分别在1916年、1931年、1934年、1940年、1941年和1942年,原因一方面是出于没有符合条件的人选,另一方面是受到第一次和第二次世界大战的影响。

■ 年龄  最年长的获得者是美国科学家雷蒙德·戴维斯,2002年获奖时已88岁。最年轻的得主是英国科学家威廉·劳伦斯·布拉格,1915年获奖时年仅25岁。迄今为止,诺贝尔物理学奖获得者的平均年龄为55岁。

■ 殊荣 美国物理学家约翰·巴丁在1956年和1972年两次摘走物理学奖桂冠,成为迄今为止两获这一奖项的第一人。只有两名女性曾获诺贝尔物理学奖。1903年,波兰裔法国人玛丽·居里成为诺贝尔奖百年历史上的首位女性获奖者。1963年,德裔美国女物理学家玛丽亚·格佩特-梅耶因发展了解释原子核结构的数学模型获得诺贝尔物理学奖。

■ 领域  综观诺贝尔物理学奖得主的研究领域,主要集中在粒子物理学。

(据新华社)

 


参考消息 2015 10 8

中微子之谜

粒子物理学(2015 年 10 月 A) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

 

 


参考消息 2015 10 8

《生活大爆炸》:科学也可搞笑(节选)

粒子物理学(2015 年 10 月 A) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

 


科技日报 2015 10 8

看“粒子世界的蜕变”

——二○一五年诺贝尔物理学奖解读

本报记者 张梦然

粒子物理学(2015 年 10 月 A) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

梶田隆章

 

粒子物理学(2015 年 10 月 A) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

阿瑟·麦克唐纳

 

日本岐阜县一个深达1000米的废弃砷矿中,超级神冈探测器盛了5万吨超纯水,正寻觅着来自太阳、地球大气和超新星爆发产生的中微子。1998年,物理学家梶田隆章率先发现,中微子在抵达超级神冈探测器的过程中似乎存在转化的现象,即中微子形式发生了某种改变。

与此同时,在地球另一端,加拿大萨德伯里中微子天文台在2000多米深的镍矿中展开了他们的研究。2001年,该机构下由阿瑟·麦克唐纳领导的团队发现,太阳中微子也存在相似的转变现象。

这两项实验结果导致一种新现象被发现——中微子振荡。其产生了更深远的结论:长期以来被认为是没有质量的中微子,竟然是有质量的。无论对于粒子物理学本身,还是我们正尝试理解的宇宙,这一结论都具有极其重要的意义。

不露面,它却无处不在

人类生活在一个中微子充斥其间的世界。每一秒,都会有无数的中微子穿过我们的身体,而我们无视、无知、无觉。

这种粒子以接近光的速度在宇宙中肆意冲驰,却几乎不与任何物质发生反应。它到底是何方神圣?

目前,我们知道它们一部分来自那场久远的宇宙大爆炸,其余的则源源不断地产生于各种发生在空间包括地球中的反应过程,大到超新星爆发、恒星消亡,小至核设施内的核反应,或者自然界中的放射性衰变,甚至我们体内一个同位素钾的衰变都将释放出约5000个中微子——当然了,大部分来到地球的中微子,基本上都是太阳的“馈赠”。它也是整个宇宙中数量第二多的粒子,仅次于光子。

然而一直以来,对于中微子的存在与否,始终存有争议。1930年它就被预言,但预言者自己都将信将疑。直到1956年,美国物理学家才成功监测到了中微子运动轨迹,宣告了这一“鬼灵”粒子真实存在。

三重奏,修正标准模型

但在证实存在之后,另一个严重问题砸下来:我们数不对中微子的总数。彼时科学家已经能够在理论上计算出太阳产生的中微子数量,然而相对于此,似乎有多达三分之二的中微子在到达地球前“失踪”。

科学家一度怀疑是计算太阳中微子数量的理论公式有问题,但另一种意见开始浮上水面,那就是中微子能够改变自己的“身份”。

依照粒子物理学的标准模型,中微子有“三重奏”:电子中微子、μ(缪子)中微子和τ(陶子)中微子。太阳只产生电子中微子,因而在前往地球的路程中,电子中微子“改头换面”为其他两种,才造成了数量统计上的差池。

正是梶田隆章与阿瑟·麦克唐纳的实验向我们证明,这些中微子“身份”确实转变了。这种改变需要中微子有质量,虽然质量极小,但对粒子物理学来说,却是一个历史性的发现。

原因无他,标准模型关于物质内部运作的描述一度非常成功,在20多年的时间里成功抵制住了所有实验的挑战,而新的观察结果已经清楚地表明,标准模型不能完成关于宇宙基本组成的理论描绘。

这是中微子发现之初谁也不曾预见的,如此微小的粒子,会同时颠覆了粒子物理学与宇宙学。

中微子,继续改变世界

随着大型精密观测设施的投入使用,人们已有能力观察中微子三种类型间的互相变化。如今,这些为了屏蔽宇宙辐射以及自然衰变等噪音干扰而深埋地下的科学仪器,夜以继日地运转着,将微小又多变的中微子,从无数其他粒子中准确地甄别出来。这个过程非常不容易,仅一丝微小的干扰,都会影响观测的准确性。

106日,瑞典皇家科学院将2015年诺贝尔物理学奖授予了梶田隆章及阿瑟·麦克唐纳,不仅由于他们对物理学领域所作出的学术贡献,还在于他们领导的团队,克服重重困难后成功揭开了中微子这只“变色龙”的变身奥秘。

诺贝尔奖评选委员会在声明中称,该研究为“粒子世界的蜕变”。梶田隆章与阿瑟·麦克唐纳的发现同时改变了人类对物质内层运作的看法,并将验证我们对于宇宙的理解。他们帮助人们打开了中微子神秘世界的大门,目前,全世界围绕中微子展开的种种实验与研究,得以继续热烈地进行下去。逐渐涌现的成果让我们相信,中微子即将带来的发现,将改变人类对于历史、科学乃至整个宇宙未来命运的认识。

 


科技日报 2015 10 8

中微子未来仍将是诺奖热门

——访中科院高能物理所研究员曹俊

本报记者高博

“发现中微子振荡拿诺奖,大家都不意外,但我没想到是今年。”中科院高能物理所研究员曹俊说,“这方面作出重要贡献的人比较多,谁拿都有可能,我们觉得诺奖不太好发,不过这两位也确实该拿奖。”

“麦克唐纳人很好。”曹俊说,“今年一次会议上,我们介绍了江门实验要用到很大的有机玻璃球。会后他找到我们,说他做过这种玻璃球,说有什么样的困难,主动给我们传授经验。梶田隆章是小柴昌俊的学生,小柴昌俊也研究中微子,拿过2002年的诺奖。”

发布会上,瑞典皇家科学院说,发现中微子振荡改变了人类对宇宙的历史、结构和未来的认识。曹俊认为的确如此——如果中微子的规律不清楚,就无法搞清楚宇宙的演化。事实上,此次已经是中微子研究第四次拿到诺奖了。

“现在中微子是唯一反常的标准模型粒子,所以中微子研究可能取得基础物理学的突破。”曹俊说,“美国高能物理的研究力量已经全部转到中微子上了。”

“宇宙大爆炸后第一秒就产生了大量中微子,这些中微子一直存留到现在。如果我们能够侦测这些中微子,就可以看到第一秒钟的宇宙。而我们可观测的光线,直到大爆炸后第38万年才射出来。”曹俊说。

未来,中微子仍是基础物理学最热门的方向之一。这一领域有几个问题关系到物理学的基础。曹俊说,除了探测宇宙初始中微子外,验证中微子是否是马约拉纳粒子,以及中微子在正反物质不对称现象中的角色都惹人猜想。

高能物理所的科学家在2012年率先发现中微子第三种振荡,而且很显著,这就为研究中微子的CP破坏和质量顺序奠定了基础。目前,中国的江门实验、美国的JUNO实验以及其他国家的竞争小组都在瞄准这一目标建设。

 


科技日报 2015 10 8

韩国科学界“反思”未获诺奖原因

科技日报首尔107日电(记者薛严)2015年诺贝尔科学领域3大奖陆续揭晓后,韩国相关领域的专家和媒体表示,看到邻国中国和日本接连获奖的消息,韩国科学界再次陷入“集体反思”中。

韩国首尔大学物理天文系教授金秀峰表示,自己的研究领域与此次获得诺贝尔物理奖的日本物理学家梶田隆章一样。从日本和韩国在该领域的比较看,日本在科学领域的投资和积累已经超过100年,而韩国只有30年,两国在量上的积累有很大的差异是不争的事实。对于韩国来说,全面追赶日本是不现实的事情,必须在一些新领域创造弯道超车的条件。

韩国首尔市立大学物理学教授朴仁圭表示,在高能物理领域,中国的中科院高能物理研究所(IHEP)和日本的高能研究所(KEK)于20世纪70年代初成立,而韩国时至今日依然没有一个国立高能物理研究所。韩国想在基础科学领域赢得诺贝尔奖任重而道远。

 


中国科学报 2015 10 8

2015诺贝尔物理学奖揭晓:粒子世界的蜕变

粒子物理学(2015 年 10 月 A) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

Takaaki Kajita 1959年出生于日本东松山。1986年从日本东京大学获得博士学位。目前为日本宇宙线研究所主任及东京大学教授。

 

粒子物理学(2015 年 10 月 A) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

Arthur B.Mcdonald1943年出生于加拿大悉尼。1969年从美国加州理工学院获得博士学位。目前为加拿大皇后大学名誉教授。

 

北京时间106日下午545分,2015年诺贝尔物理学奖揭晓,日本科学家Takaaki Kajita和加拿大科学家Arthur B. McDonald获奖。获奖理由是“发现了中微子振荡,表明中微子具有质量”。

在新千年交替之际,Takaaki Kajita公布了他在超级神冈探测器上的发现:大气中的中微子会在两种状态之间转换。同时,远在加拿大,由Arthur B. McDonald领导的研究小组也通过实验发现,太阳中的中微子并不会消失在其前往地球的路上——相反,他们在萨德伯里中微子天文台中捕捉到另一种状态的太阳中微子。这个困扰物理学家数十年的中微子谜团就此解开。

相比中微子数量的理论计算,有三分之二的中微子会在测重的时候“消失”。现在,这两项实验说明:那是因为中微子变换了身份。

人们从这项发现中获得了一个具有深远意义的结论,那就是:在很长一段时间里被认为是没有质量的中微子,其实是有质量的,只是很小而已。

对于粒子物理学而言,这是一个历史性的发现,它建立的物质最深处运动标准模型获得了巨大的成功,经受住20多年实验的验证。然而,正如其所要求的中微子应该没有质量,这项新发现清晰地表明了标准模型并不能成为解释宇宙基本成分的完美理论。

获得今年诺贝尔物理学奖的这项发现打开了认识隐藏在世界里的中微子的大门。继光子粒子之后,中微子成为宇宙中最多的物质。地球无时不刻不在承受中微子的轰击。 许多中微子是由宇宙辐射和地球大气之间的联系而被创造的,其他的中微子是由太阳内部的核反应而产生的。每秒钟有数以亿计的中微子从我们身体流过,几乎没有任何东西可以阻挡中微子通过,中微子是自然界中最难以捉摸的基本粒子。

现在全世界在不断地进行实验和剧烈活动来捕获中微子并检验它们的属性。对于中微子最深处秘密的发现将重塑我们目前对于宇宙的历史、结构及未来命运的认识。

(梅进 张笑赵河雨)

 


中国科学报 2015 10 8

粒子物理开新篇

——专家解读2015年诺贝尔物理学奖

本报记者 倪思洁 李瑜

粒子物理学(2015 年 10 月 A) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

超级神冈探测器

 

106日下午,诺贝尔物理学奖揭晓。日本科学家梶田隆章和加拿大科学家阿瑟·麦克唐纳获奖,原因是发现了中微子振荡,证实了中微子有质量。

粒子物理,可谓诺贝尔物理学奖的“宠儿”。“这是粒子物理领域第19次获得诺贝尔物理学奖。”中科院高能物理所研究员曹俊告诉《中国科学报》记者。

2013年,诺贝尔物理学奖授予了希格斯粒子的发现者,而希格斯粒子对于完善粒子物理的标准模型具有重要的价值。

与此相反,中微子振荡的发现,则说明粒子物理的标准模型并不完美。

发现中微子振荡是“意外之喜”

今年,日本获奖者的发现来自一个名叫“超级神冈探测器”的大家伙。

在超级神冈实验之前的几十年里,太阳中微子失踪之谜和大气中微子反常现象,一直令人困惑不解。1998年,超级神冈实验发现,一种中微子在飞行中可以变成另一种中微子,使中微子的丢失得到了合理的解释。这种现象后来被称为“中微子振荡”。

然而,也许很多人不知道的是,日本科学家当初对于这一物理现象的发现,并非“直奔主题”,而纯属“无心插柳”。

2002年,美国物理学家雷蒙特·戴维斯和日本物理学家小柴昌俊因探测宇宙中微子,获诺贝尔奖。这一成绩,鼓励了日本政府加大了中微子研究领域的投入力度。于是,他们将“实验容器”从3000吨升级到5万吨,做成了超级神冈探测器。

“超级神冈实验当初设计出来并不是为了寻找中微子实验,而是要找质子衰变。在探测质子衰变的过程中,需要去除中微子的影响,最后,超级神冈探测器虽然没有找到质子衰变,却意外地发现了中微子振荡。”曹俊说,“一般能够得上诺奖级别的,都是有一些意外的发现。”

物理学奖在颁什么?

中微子,属于构成物质世界的基本粒子,按照粒子物理标准模型的预测,中微子没有质量,也不会发生振荡。

“目前围绕着粒子物理标准模型,已经颁发了18个诺贝尔奖,有一部分颁给新粒子的发现者,有一部分颁给相互作用机制的发现者。但是,长期以来,中微子是标准模型里认识得最不清楚的一种粒子。”曹俊说。

而后,科学家却发现了中微子的振荡。“中微子振荡之所以重要,正是因为它告诉我们中微子是有质量的。”中科院高能物理所所长王贻芳告诉记者。

探测到振荡并不容易。很早以前,人类就发现了中微子的存在,而且证明确实存在3种中微子,分别是电子中微子、μ中微子和τ中微子,这3种中微子占了12种基本粒子的四分之一。但是,中微子之间的作用机制一直是个谜。

“每秒钟,穿过我们身体的太阳中微子就有几百万个,而且,由于不带电,它几乎不跟物质发生相互作用。”曹俊说。

当初,科学家之所以能探测到中微子的振荡,或许要部分归功于大型探测器。“日本超级神冈实验其实就是个巨大的‘水罐子’。”中科院高能物理研究所研究员张双南向《中国科学报》记者解释说,里面装着5万吨液体作为探测介质,“‘水’越多,粒子相互作用的机会就越大,捕捉到相互作用的可能性也就越大”。

“不同质量的中微子,在飞行的过程中,振动的频率不同,不同频率的中微子会相互发生干涉,形成其他的中微子。”曹俊说。

发现了中微子的振荡和质量,表明粒子物理的标准模型仍有待扩展,而这也将为未来粒子物理的发展指出更多的方向。“我们现在认为标准模型是一定要突破的,也是一定能够突破的。”曹俊说。

张双南表示,中微子振荡,乃至中微子质量研究,还将有助于理解宇宙中物质和反物质为什么是不对称的。“标准模型预言正物质和反物质是对称的,但是宇宙中主要是正物质,反物质非常少,大家认为中微子质量很可能与此有关,这也是大家关心中微子振荡的重要原因。”他说。

粒子物理往哪走?

尽管此次诺贝尔物理学奖得主中并未出现中国人的身影,但中国在粒子物理领域仍然有着举足轻重的地位。

“今天颁发的两个奖项分别是大气中微子振荡和太阳中微子振荡,其他的还有反应堆中微子振荡和加速器中微子振荡,从来源上说基本就是这4种研究手段。”曹俊指出,“中国在反应堆中微子振荡领域是世界上做得最好的。”

曹俊所说的“最好”,指的是大亚湾中微子实验。该实验由中科院高能物理研究所的科研人员于2003年提出,利用我国大亚湾核反应堆群产生的大量中微子,寻找中微子的第三种振荡。

“相比于日本和加拿大,大亚湾中微子实验的规模要小一些,原因是我们探索的是反应堆中微子。”张双南指出,由于核电站的中微子通量非常高,所以规模要小得多,“我们跟其他国家的实验探测不是同一个东西,发现的现象也不一样”。

20123月,大亚湾中微子实验组织发言人宣布,大亚湾中微子实验发现了新的中微子振荡,并测量到其振荡几率。

有趣的是,关于大亚湾中微子实验的发现,中日间也曾出现过竞争。此前,日本发现了中微子的第三种振荡模式的一些端倪,但却无法做到精确测量。“我们抢先证实了它的存在。”曹俊说。

当下,中国还在推动中微子质量的研究。今年1月,继大亚湾反应堆中微子实验之后,由中国主持的第二个大型中微子实验——江门中微子实验在广东省江门市建设启动。其首要科学目标是利用反应堆中微子振荡确定中微子质量顺序。实验站将建在地下700米深处,计划2020年投入运行并开始物理取数,运行至少20年。

然而,对于多年来在诺奖中备受宠爱的粒子物理,曹俊却显得很谨慎。“除非有特别重大的新发现,否则粒子物理未来可能不会再继续受宠。”

 


光明日报 2015 10 9

张杰:高能量密度物理领域探索者

本报记者曹继军 颜维琦

924日晚,美国西雅图,中国科学院院士、激光等离子体物理学家、上海交通大学校长张杰走上国际惯性聚变科学与应用大会的颁奖台,接过了美国核物理学会授予的2015年度爱德华·泰勒奖。这是我国科学家首次荣获这一激光聚变领域的国际最高奖项。

爱德华·泰勒奖每两年颁发一次,每次授予两名杰出科学家,奖励他们在运用激光和离子粒子束产生高温高强物质来进行科学研究及可控热能核聚变上的前沿研究和领导力。张杰摘得这一荣誉,缘于他及他所带领的团队在快点火激光聚变研究和在强激光实验室天体物理研究上的重要贡献。

数十年来,全球科学家一直梦想着在地球实验室里实现太阳的聚变反应,以获得取之不尽的清洁能源。聚变燃料可直接取自海水中富含的氚和氘,如果每升海水中所蕴含的氘和氚发生完全的聚变反应,能产生相当于300升汽油燃烧时释放的能量。以此推算,根据目前世界能源消耗水平和海水存量,聚变能可供人类使用数亿年,甚至数十亿年,因此,聚变能被看作人类的终极能源。

然而,如何控制聚变反应,实现持续的能量净输出,则是科学界一直聚焦的重大科学问题。激光聚变是实现受控核聚变的一种途径。为了实现核燃料的持续燃烧,人们先后提出了中心点火激光聚变和快点火激光聚变等物理方案。其中快点火方案有望大幅降低驱动激光的能量和激光等离子体的不稳定性,因此受到世界范围的广泛关注。如果用汽车发动机的工作原理来比喻,中心点火方案相当于柴油发动机,在压缩汽化燃料的同时实现升温至自燃;而快点火方案则与汽油发动机原理类似,将燃料压缩到一定程度后,由火花塞点火。快点火方案中,超强加热激光脉冲产生的大量高能超热电子,给预先压缩的氘氚燃料快速加热到聚变温度的过程,就相当于汽油发动机中的点火过程。所以,在快点火物理方案的研究中,超热电子的定向产生和可控传输是快点火激光聚变成功的关键。张杰带领的研究团队,对这个问题进行了深入系统的研究,实现了超热电子束流的定向产生和准直传输,为深入理解和控制快点火激光核聚变过程作出了重要贡献。

张杰的探索还不止于此,在小实验室里重现“大宇宙”,也是他多年孜孜以求的方向。长期以来,天文学家对天体现象的主要研究方法是被动的远距离观测和理论模拟,高功率激光技术的快速发展给天体物理研究带来了新的机遇。利用高功率激光装置,人们能够在实验室中创造与天体现象相似、前所未有的极端物理环境,对天体问题进行主动、近距、可控的研究。张杰领导的国际联合研究团队在这一领域一路前行,在国内开创了实验室天体物理研究的新领域,在对黑洞周围的光电离、太阳表面的磁重联和喷流等重要天体物理前沿问题的研究中,取得多项重要突破。

 


科技日报 2015 10 9

日本高度关注诺贝尔奖

科技日报东京108日电(记者葛进)2015年诺贝尔奖有两名日本学者获奖,分别是获得生理或医学奖的日本北里大学特别名誉教授大村智,获得物理学奖的日本东京大学宇宙线研究所所长梶田隆章。

诺贝尔奖一直以来被日本人高度关注,此次有两名日本学者获奖,不但延续了近年来连年有日本人获奖的传统,也刷新了获奖日本人的纪录,因此被日本媒体广泛报道。

1975年,大村智在静冈县的一处高尔夫球场的土壤中发现了一种新的放线菌,这种具有使寄生虫和昆虫麻痹功能的抗生物质被命名为阿维菌素。这种物质经过美国制药公司的改良,成为防治家畜寄生虫的药物伊维菌素的主要成分。这种药物被证明对流行于非洲的地方病盘尾丝虫病具有极高的疗效,因此,伊维菌素通过改良也成为了治疗人类疾病的药物。

日本于1996年修建了超级神冈探测装置。利用这一探测装置,日本研究人员将宇宙中的中微子搜集到直径39米、高41米的充满纯水的巨大水槽中,并观测其数值变化。而梶田隆章就是该项目的负责人。1998年,通过超级神冈探测装置发现,一种中微子在飞行中可以变成另一种中微子,使中微子的丢失得到了合理的解释。梶田隆章等人将此项研究结果公布后,引起了全世界的震惊。

对于这项研究成果,当时的美国克林顿总统评价道,“这项成果这样的发现不仅仅在实验室具有意义,对于我们的生命观以及社会全体都会产生影响”。梶田通过这个成果获得了国内外多项奖项,从2010年开始也一直被视为诺贝尔物理学奖的获奖热门人选。

 


中国科学报 2015 10 9

一周人物:尹希(31岁中科大学霸当上哈佛正教授)

粒子物理学(2015 年 10 月 A) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

9月,美国哈佛大学物理系网页上发布了一句话消息“尹希晋升正教授”。该消息引发了广泛关注。

本科毕业于中国科技大学少年班的尹希出生于198312月,未满32岁的他此次晋升,破了华人纪录。

尹希从小便是别人眼里的“超常儿童”。据中科大官网早前的一篇采访报道,尹希在小学二年级时,就对妈妈大学时学的微积分课本产生了浓厚兴趣。跳级之后,9岁半的尹希考入北京八中智力超常实验班(简称少儿班)。1996年,不到13岁的尹希考入中科大少年班。

2001年,尹希赴哈佛大学攻读物理学博士,并于2006年获得博士学位;同年,哈佛大学打破本校博士不得在本校继续博士后研究的惯例,破格允许尹希博士留校继续研究工作;2008年,年仅24岁的尹希博士受聘担任物理系助理教授。2013年曾获美国斯隆研究奖。

他的研究工作包括:量子引力中的黑洞熵、弦论中的超对称束缚态、与物质场耦合的Chern-Simons理论及其在M膜中的应用、高自旋场论及其在引力/规范场对应中的应用等。

(栏目主持:周天 图片来源:百度图库)

 


上海科技报 2015 10 9

张杰获激光聚变领域国际最高奖

王阳

张杰,中国科学院院士、激光等离子体物理学家、上海交通大学校长,由于他及他所带领的团队在快点火激光聚变研究和强激光实验室天体物理研究上的重要贡献,近日被美国核学会授予2015年度爱德华·泰勒奖。这是我国科学家首次荣获这个激光聚变领域的国际最高奖项。

在地球上创造“微型太阳”

数十年来,全球科学家一直梦想着在地球实验室里实现太阳的聚变反应,以获得取之不尽的清洁能源。相比当前人类采用的裂变式的核能,聚变反应更加高效,而且几乎不会带来放射性污染等环境问题。聚变燃料可直接取自海水中富含的氚和氘,如果每升海水中所蕴含的氘和氚发生完全的聚变反应,能产生相当于300升汽油燃烧时释放的能量。以此推算,根据目前世界能源消耗水平和海水存量,聚变能可供人类使用数亿年,甚至数十亿年,因此,聚变能被看作人类的终极能源。

然而如何控制聚变反应,实现持续的能量净输出,则是科学界一直聚焦的重大科学问题。激光聚变是实现受控核聚变的一种途径。为了实现核燃料的持续燃烧,人们先后提出了中心点火激光聚变和快点火激光聚变等物理方案。其中,快点火方案有望大幅降低驱动激光的能量和激光等离子体的不稳定性,因此受到了世界范围的广泛关注。如果用汽车发动机的工作原理来比喻,中心点火方案相当于柴油发动机,在压缩汽化燃料的同时实现升温至自燃;而快点火方案则与汽油发动机原理类似,将燃料压缩到一定程度后,由火花塞点火。快点火方案中,超强加热激光脉冲产生的大量高能超热电子,给预先压缩的氘氚燃料快速加热到聚变温度的过程,就相当于汽油发动机中的点火过程。所以,在快点火物理方案的研究中,超热电子的定向产生和可控传输是快点火激光聚变成功的关键。张杰教授带领的研究团队,对这个问题进行了深入系统的研究,实现了超热电子束流的定向产生和准直传输,为深入理解和控制快点火激光核聚变过程作出重要贡献。

在小实验室重现“大宇宙”

宇宙中各种天文现象、天体物理过程及其丰富,有些现象和人们的生活密切相关。以太阳耀斑为例,其对地球空间环境造成很大影响。太阳色球层中一声爆炸,地球大气层即刻出现缭绕余音。太阳耀斑爆发时,会严重危及宇宙飞行器内的宇航员和仪器的安全,无线电通信尤其是短波通信,以及电视台、电台广播,会受到干扰甚至中断,还会干扰地球磁场而引起磁暴。正由于如此,长期以来,人们一直将揭开耀斑爆发的奥秘作为天体物理前沿研究的焦点。我们当然无法登上太阳去观测研究这种现象,但是我们却可以通过激光实验在实验室中重现这样的现象,从而深入揭示这些宇宙奥秘。

长期以来,天文学家对天体现象的主要研究方法是被动的远距离观测和理论模拟。高功率激光技术的快速发展给天体物理研究带来了新的机遇。利用高功率激光装置,人们能够在实验室中创造与天体现象相似、前所未有的极端物理环境,为科学家们在实验室中对天体问题进行主动、近距、可控的研究提供了新思路和新方法。张杰教授领导的国际联合研究团队在国内开创了实验室天体物理研究的新领域,在对黑洞周围的光电离、太阳表面的磁重联和喷流、超新星爆发导致的无碰撞冲击波等重要天体物理前沿问题的研究中,取得了多项重要突破,受到国际同行的高度评价。

鉴于他的学术成就,张杰教授于2003年当选为中国科学院院士、2007年当选为德国科学院院士、2008年当选为第三世界科学院院士、2011年当选皇家工程科学院外籍院士、2012年当选美国科学院外籍院士。

爱德华泰勒奖是由美国核物理学会设立、以“氢弹之父”爱德华·泰勒命名的聚变能源领域最高奖项,每两年在国际惯性聚变科学与应用大会上颁发,每次授予两名杰出科学家,奖励他们在运用激光和离子粒子束产生高温高强物质来进行科学研究及可控热能核聚变上的前沿研究和领导力。

 

 

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