客觀日本

【日本人與諾貝爾獎】小柴昌俊:憑藉創立微中子天文學獲得2002年諾貝爾物理可用能學獎

2020年07月29日 科學家訪談

【日本人與諾貝爾獎】系列報導

公開表示「取得的成就對社會沒什麼用處」

小柴昌俊在2002年獲得諾貝爾物理可用能學獎時舉行的記者發佈會上發表了令記者喫驚的言論。小柴獲獎的成就是因爲創立了微中子天文學,爲天文學開創了新局面,記者發佈會在介紹完這項成就的科學價值後進入提問環節,有位記者在最後提了一個平淡無奇的問題。

「小柴先生獲得諾貝爾獎的成就對社會有什麼用處?」

「(這項成就)沒有什麼用處。」

提問的記者和現場的其他記者一時間都驚得目瞪口呆。憑藉沒用的成就獲得諾貝爾獎是無法寫成文章報導的。不過這番發言後來被稱讚是最有價值的。因爲探索科學、探究世界上的謎團的研究才是基礎科學研究的真諦,作爲學問根源的「研究意義」就在於此。

雖然本着爲社會做貢獻的目的開展研究很重要,但於社會沒什麼用處,只爲了探究科學真理而開展的研究對提高人類智慧也有着無可替代的價值。小柴的話所傳遞的意思是,純粹的研究就是這樣的。

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圖片來自神奈川縣橫須賀市的官網

發現了超新星爆炸產生的微中子

微中子是基本粒子中的一種,是在其他粒子衰減的程序中形成的,不帶電荷,質量接近於零,被認爲能穿透任何物體。研究認爲,地球上每平方釐米的面積每秒鐘有數十億個微中子從太空飛來並穿過地球。利用這種性質,有望觀察恆星的内部和星系的中心。

小柴設想探測太陽和超新星釋放的微中子。究竟能否實施呢?小柴等人想出的方法震驚了世界。

1983年7月,設置在岐阜縣神岡礦山地下1000米的微中子觀測裝置「神岡偵檢器 (Kamiokande)」取得了一項受到全球物理可用能學界矚目的成果。

神岡偵檢器在岩層下設置的直徑 16米、高16米的水槽中裝滿了3000噸高純度純水,在水槽側面和上下底面設置了1000根感測光的光電倍增器。如果有帶電的基本粒子高速透過水中,就會產生切倫科夫光。小柴的研究課題是檢測出這種光,從而證實微中子的存在,這項在基本粒子的研究中可謂是決定性的成果。

切倫科夫光是俄羅斯物理可用能學家帕維爾·切倫科夫證明存在的光,1958年切倫科夫等3名研究人員因此而獲得諾貝爾物理可用能學獎。 

在地面上建造相同的實驗水槽的話,降落到地面的宇宙射線會形成噪音,無法準確進行觀測。因此爲避開噪音,實驗裝置建在了1000米深的地下。小柴等人1987年利用這一觀測裝置成功檢測出了切倫科夫光,發現了超新星SN1987a爆炸產生的微中子。

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左:神岡偵檢器的内部;右:神岡偵檢器的概要(照片提供:東京大學宇宙射線研究所 神岡宇宙素粒子研究設施)

14年前未能獲得諾貝爾獎的小柴

在小柴發現微中子的第二年,也就是小柴獲獎14年前的1988年10月,諾貝爾獎消息發佈前突然傳出認爲小柴會獲得當年的諾貝爾物理可用能學獎的傳言。傳出這一消息的是江崎玲於奈博士。江崎博士說:「今年應該會出現微中子研究方面的獲獎者」。江崎博士是諾貝爾獎得主,他有特殊的資訊管道。

公佈獲獎消息的那天晚上,筆者趕到小柴博士家裏時,已經有大約20名記者等在那裏。儼然是已經確定小柴博士獲獎的氣氛,小柴博士在攝影機的燈光下認真回答了記者的提問。但這一年的獲獎者是美國的萊德曼和施瓦茨以及瑞士的斯坦伯格3人,獲獎成就果真是因發現微中子而推進了基本粒子的結構研究。

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正在神岡偵檢器内工作的小柴先生(照片提供:東京大學宇宙射線研究所 神岡宇宙素粒子研究設施)

聚集在小柴家的記者們都認爲小柴失去了獲得諾貝爾獎的機會,但小柴爽快地表示:「這個獲獎理由我不可能獲獎。我如果獲獎的話,一定是因爲創立了微中子天文學」,14年後果然如此。

用於檢測微中子的神岡偵檢器 使用了將光電子增至100萬倍的20英寸光電增幅管(通常爲2英寸)。這是濱松光量子學公司專門爲神岡偵檢器 開發的,該技術始終走在世界前列。在臨牀檢查裝置和分光光度計等高靈敏度光量測裝置使用的光電增幅管領域,該公司擁有全球60%的市場份額,遙遙領先。小柴憑藉與擁有這項技術的企業共同研究的成果獲得了諾貝爾獎。

文: 馬場錬成(科學記者)
翻譯編輯:JST客觀日本編輯部