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【日本人与诺贝尔奖】小柴昌俊:凭借创立中微子天文学获得2002年诺贝尔物理学奖

2020年07月29日 科学家访谈

【日本人与诺贝尔奖】系列报道

公开表示“取得的成就对社会没什么用处”

小柴昌俊在2002年获得诺贝尔物理学奖时举行的记者发布会上发表了令记者吃惊的言论。小柴获奖的成就是因为创立了中微子天文学,为天文学开创了新局面,记者发布会在介绍完这项成就的科学价值后进入提问环节,有位记者在最后提了一个平淡无奇的问题。

“小柴先生获得诺贝尔奖的成就对社会有什么用处?”

“(这项成就)没有什么用处。”

提问的记者和现场的其他记者一时间都惊得目瞪口呆。凭借没用的成就获得诺贝尔奖是无法写成文章报道的。不过这番发言后来被称赞是最有价值的。因为探索科学、探究世界上的谜团的研究才是基础科学研究的真谛,作为学问根源的“研究意义”就在于此。

虽然本着为社会做贡献的目的开展研究很重要,但于社会没什么用处,只为了探究科学真理而开展的研究对提高人类智慧也有着无可替代的价值。小柴的话所传递的意思是,纯粹的研究就是这样的。

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图片来自神奈川县横须贺市的官网

发现了超新星爆炸产生的中微子

中微子是基本粒子中的一种,是在其他粒子衰减的过程中形成的,不带电荷,质量接近于零,被认为能穿透任何物体。研究认为,地球上每平方厘米的面积每秒钟有数十亿个中微子从太空飞来并穿过地球。利用这种性质,有望观察恒星的内部和星系的中心。

小柴设想探测太阳和超新星释放的中微子。究竟能否实现呢?小柴等人想出的方法震惊了世界。

1983年7月,设置在岐阜县神冈矿山地下1000米的中微子观测装置“神冈探测器 (Kamiokande)”取得了一项受到全球物理学界瞩目的成果。

神冈探测器在岩层下设置的直径 16米、高16米的水槽中装满了3000吨高纯度纯水,在水槽侧面和上下底面设置了1000根感测光的光电倍增管。如果有带电的基本粒子高速通过水中,就会产生切伦科夫光。小柴的研究课题是检测出这种光,从而证实中微子的存在,这项在基本粒子的研究中可谓是决定性的成果。

切伦科夫光是俄罗斯物理学家帕维尔·切伦科夫证明存在的光,1958年切伦科夫等3名研究人员因此而获得诺贝尔物理学奖。 

在地面上建造相同的实验水槽的话,降落到地面的宇宙射线会形成噪声,无法准确进行观测。因此为避开噪声,实验装置建在了1000米深的地下。小柴等人1987年利用这一观测装置成功检测出了切伦科夫光,发现了超新星SN1987a爆炸产生的中微子。

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左:神冈探测器的内部;右:神冈探测器的概要(照片提供:东京大学宇宙线研究所 神冈宇宙素粒子研究设施)

14年前未能获得诺奖的小柴

在小柴发现中微子的第二年,也就是小柴获奖14年前的1988年10月,诺奖消息发布前突然传出认为小柴会获得当年的诺贝尔物理学奖的传言。传出这一消息的是江崎玲于奈博士。江崎博士说:“今年应该会出现中微子研究方面的获奖者”。江崎博士是诺奖得主,他有特殊的信息渠道。

公布获奖消息的那天晚上,笔者赶到小柴博士家里时,已经有大约20名记者等在那里。俨然是已经确定小柴博士获奖的气氛,小柴博士在摄像机的灯光下认真回答了记者的提问。但这一年的获奖者是美国的莱德曼和施瓦茨以及瑞士的斯坦伯格3人,获奖成就果真是因发现中微子而推进了基本粒子的结构研究。

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正在神冈探测器内工作的小柴先生(照片提供:东京大学宇宙线研究所 神冈宇宙素粒子研究设施)

聚集在小柴家的记者们都认为小柴失去了获得诺奖的机会,但小柴爽快地表示:“这个获奖理由我不可能获奖。我如果获奖的话,一定是因为创立了中微子天文学”,14年后果然如此。

用于检测中微子的神冈探测器 使用了将光电子增至100万倍的20英寸光电增幅管(通常为2英寸)。这是滨松光子学公司专门为神冈探测器 开发的,该技术始终走在世界前列。在临床检查装置和分光光度计等高灵敏度光测量装置使用的光电增幅管领域,该公司拥有全球60%的市场份额,遥遥领先。小柴凭借与拥有这项技术的企业共同研究的成果获得了诺贝尔奖。

文: 马场錬成(科学记者)
翻译编辑:JST客观日本编辑部

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