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发现中微子的莱因斯:不靠谱才能创新 精选

已有 7288 次阅读 2017-5-7 02:16 |个人分类:物理八卦|系统分类:科普集锦|关键词:中微子| 中微子

陈华森1942年生于重庆,幼年时以难民身份进入美国,靠打工为生,先后加州理工学院和普林斯顿大学获得了学士和博士学位。1968年博士毕业后,他到新成立的加州大学尔湾分校物理系做理论物理博士后,加入莱因斯的小组,跟莱因斯一样,转行到了实验物理。


1984年,陈华森提出了用重水探测太阳中微子的方法(论文于1985年发表),并成立了一个国际合作组,准备在加拿大萨德伯里的一个镍矿中进行这个实验,他担任美方发言人,加拿大女王大学的尤恩担任加方负责人。不幸的是,陈华森1987年因白血病英年早逝。普林斯顿的麦克唐纳接替了他的美方发言人职位。莱因斯也加入实验,临时领导尔湾的小组。两年之后,尤恩退休,麦克唐纳返回祖国,接受了空缺下来的女王大学的教授职位,并担任新成立的萨德伯里中微子实验主任。2002年萨德伯里发现太阳中微子振荡,麦克唐纳获得2015年诺贝尔奖。

其实用重水探测中微子最早是莱因斯提出来的,用来探测反应堆发出的反中微子。陈华森则将它用来探测来自太阳的正中微子。核心思想都是同时探测几种过程,用相对比值来抵消模型的不确定性。莱因斯是中微子研究的开拓者,在反应堆中微子、超新星中微子、大气中微子、质子衰变等方向都有开拓性的贡献。他因首次探测到中微子被授予1995年诺贝尔奖。



莱因斯是一个做实验的理论物理学家,其特点就是“不靠谱”。他曾回忆说,他的理论物理思维方式在发现中微子的过程中至关重要,“因为一个靠谱的实验家会认为根本没有成功的可能。”他的上级领导,因提出太阳能源来自氢核聚变而获得1967年诺奖的贝特,听到莱因斯探测到中微子的消息后表示怀疑,说“我们不能论文上写的什么东西都信”。贝特的怀疑是有道理的。莱因斯测得的中微子反应截面与当时的理论符合很好,不幸的是,同年李政道和杨振宁提出宇称不守恒,导致中微子反应的理论截面增大了一倍。他们重新分析了数据,又与新理论符合得很好,在同行中引起了非议。也许因为这个原因,如此重要的工作过了39年才被授予诺贝尔奖。

在中微子振荡理论提出后,莱因斯进行了第一个寻找中微子振荡的实验。那是1979年,依然在他曾发现中微子的萨瓦纳河,在离反应堆11.2米的地方用重水同时探测中性流反应(对所有中微子敏感)和带电流反应(只对电子中微子敏感 ),他发现比值仅为0.4,说明反应堆中微子变成了其它中微子,因此以“中微子不稳定的证据”为题在PRL上发表了论文。当然,这个结果也是错的。真正的反应堆中微子有两种振荡模式,慢振荡的极大值在60公里,由日本KamLAND实验在2002年发现;快振荡的极大值在2公里,2012年由大亚湾实验发现。在11.2米的地方根本不会有振荡效应。

著名天体物理学家Sunayev年青时问研究太阳中微子的巴考尔,他应该去做实验还是做理论?巴考尔说,
做理论好!做为理论物理学家,你可以犯很多错,人家会觉得你思维活跃,有想法;做实验的话,犯一次错你就完了

如果不准犯错,势必会压抑很多“不靠谱”的创新想法,很多发现就是在犯错中意外做出的。天下聪明人那么多,但凡一看就“靠谱”的想法,多半早就扫完了。反之,如果经常犯错,那实验结果不可信,科学便失去了基础。能做到“大胆假设,小心求证”,该靠谱时就靠谱,还是很难的。



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