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小柴昌俊等发现中微子振荡现象 

太阳核聚变反应中能产生大量电子型中微子。1960年代,美国物理学家雷蒙德·戴维斯领导的小组在探测太阳中微子的实验中发现,中微子数量比理论预言少了很多,这称为“太阳中微子之谜”。此外,宇宙射线在地球大气上层会引起产生电子型中微子和μ子型中微子的反应,根据理论计算,这样产生的μ子型中微子比电子型中微子多一倍,但实验表明,两者数量差不多,这称为“大气中微子之谜”。为此,一些物理学家提出了“中微子振荡”假设,认为太阳放出的电子型中微子在到达地球前,由于振荡可能部分地变为其他类型的中微子;大气上层产生的μ子型中微子能够转换为电子型中微子,从而解释了上述问题。

1998年,日本超级神岗实验以确凿的证据证实了中微子振荡的假设。由日本物理学家小柴昌俊领导的大约120名日本和美国研究人员组成的研究组,在神冈町地下1千米深处的废弃矿坑中建造了一个巨大水池,注入5万吨水,周围安置了1.3万个光电倍增探测器。通过检测中微子射入水后与水中氢核碰撞等反应所产生的光信号来计量中微子的数目。他们在1998年6月12日发表的论文中说,在535天的观测中捕获了256个从大气层进入水槽的μ子型中微子,只有理论值的60%;在实验点地球背面大气层中产生,并穿过地球来到他们的实验装置的中微子有139个,只是理论值的一半。他们据此推断,中微子在通过大气和穿过地球时,发生了振荡现象,从一种类型转化为另一种类型,部分地变成了检测不到的τ子型中微子。

中微子振荡是与中微子有质量相联系的,而根据现在的粒子物理理论,中微子却是没有质量的。因为在探测宇宙中微子方面的贡献,小柴昌俊和戴维斯获得2002年诺贝尔物理学奖。

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