證中微子存質量 日本加拿大科學家奪諾貝爾物理學獎

麥克唐納得悉獲獎後，擁抱妻子慶祝。  圖片來源：香港文匯報

中微子(Neutrino)是人類已知組成物質的最基本粒子之一，充斥宇宙每個角落，由於它不受電磁力及強相互作用影響，加上質量極小，幾乎能穿越任何物質，即使人體每秒被上億萬中微子穿透，我們也難以察覺。日本科學家梶田隆章及加拿大科學家麥克唐納發現中微子會產生「中微子振盪」(Neutrino Oscillation)現象，在空間傳播途中會「變身」成不同種類的中微子，推翻以往中微子被判斷為沒有質量的理論，為人類了解這種神秘粒子作出重大突破，共同獲頒本年度諾貝爾物理學獎。

香港《文匯報》綜合外電消息，瑞典皇家科學院昨日宣佈，梶田及麥克唐納是因為「發現中微子振盪，證明中微子存在質量」而獲獎，兩人將平分800萬瑞典克朗(約747萬港元)獎金。

諾貝爾委員會成員兼斯德哥爾摩大學物理教授阿斯曼形容，兩人的重大發現「改寫了物理學教科書」，有助人們進一步探究宇宙的歷史和未來發展，貢獻難以估計。

中微子來源眾多，從宇宙大爆炸到核電廠的核反應，或是自然發生的放射性衰變，甚至是人體內的鉀同位素衰變，也會產生大量中微子。然而由於它難以被檢測，學界對它是否確實存在一直存疑，就連1930年代最先提出理論的奧地利物理學家泡利也是半信半疑。

隨着核電在1950年代興起，可供人們檢測的中微子數量大增，美國科學家萊因斯在1956年正式檢測到中微子的存在，為他贏得1995年諾貝爾物理學獎。1960年代起，科學家按理論推算出太陽發出的中微子數量，但實際檢測到的數量卻只有1/3，其餘2/3在未能解釋的情況下消失，令科學家百思不得其解，成為困擾物理學界多年的「太陽中微子問題」，而解開這謎團的正是今年兩位得獎者。

梶田和麥克唐納的研究團隊自1990年代起，分別在東京和安大略省的地底礦洞設立觀測儀器，嘗試捕捉和觀察來自太陽的「電中微子」(其中一種中微子)，不約而同地發現中微子途經的距離愈長，探測到的數目便愈少，由此推斷「電中微子」在移動途中，會「變身」成另外兩種「μ中微子」和「τ中微子」，亦即「中微子振盪」現象。

這發現的重要之處，在於中微子「變身」的條件是必須存在質量，推翻了粒子物理學標準模型一直認為中微子沒有質量的理論，徹底改寫了科學家對中微子的認知。每粒中微子質量雖然極小，但由於數量繁多，而且充斥整個宇宙，對宇宙萬物有着關鍵性的影響，而梶田和麥克唐納的發現，正為人們認識這種神秘粒子邁出重要的一步。 

現年72歲的麥克唐納是加拿大皇后大學物理系榮譽教授，他昨日透過電話參與記者會，對獲獎感到欣喜萬分，慶幸自己的研究團隊多年相助，表示要跟團隊成員共同分享這項殊榮。麥克唐納形容自己團隊的研究不僅容許科學家更深入了解這個世界的運作，也為解構核聚變背後原理提供線索，未來甚至有望藉此發電。

麥克唐納1943年在加拿大悉尼市出生，1964年在戴爾豪斯大學修畢物理學榮譽學士學位，翌年取得物理學碩士學位，並前往加州理工學院進修，於1969年獲得物理學博士學位。麥克唐納之後20年先後在加拿大和美國研究中微子、核反應及弱相互作用之間的關係。

1989年，麥克唐納獲邀成為薩德伯里中微子觀測站(SNO)計劃總監，當時他曾表示若能進行實驗，有信心可取得重要成果。就因為這份決心，他從加拿大原子能公司(AECL)借來3億美元(約23億港元)，打造了全球其中一個最敏感的中微子觀測站，並從加拿大、美國和英國找來逾130位不同範疇的專家，組成「中微子小隊」，致力揭開這種粒子的神秘面紗。

日本物理學家梶田隆章奪得物理學獎的背後，原來有一段學界師徒故事。2002年同樣憑中微子研究獲得物理學獎的物理學家小柴昌俊，曾說過他的學生中「有兩人可獲諾貝爾獎」，所指的正是梶田隆章和有「日本中微子研究第一人」之稱的戶塚洋二，可惜戶塚在2008年不幸因直腸癌過身，未能在昨日與梶田共享殊榮。

現年56歲的梶田是農家長子，自幼對天文有興趣，小時候數理成績出眾。大學畢業後赴東京大學讀研究院，師從小柴昌俊，並參與建設超級神岡探測器，1998年發現「中微子振盪」時，他只有39歲。2008年他出任東京大學宇宙線研究所所長，近年致力研究愛因斯坦近百年前在《相對論》中提出的「重力波」。

梶田昨日在東大召開記者會，甫開始便感謝當年負責領導實驗的師兄戶塚，認為對方假如仍然在生，必定可以共同得獎。他坦言中微子振盪的研究是「沒有即時用途、依照研究員個人好奇心去擴大人類知識範圍的純科學」，對能夠得獎非常高興，他又強調這並非一個人能夠獨力完成的研究，認為獎項屬於整個超級神岡探測器團隊。