五柳村>>方寒星散文


「基本粒子或宇宙等相關研究雖然沒有直接功用,但可帶來夢想。」
             --------江崎玲於奈(1973年諾貝爾物理獎)

從地下探索天上

方寒星

東京大學名譽教授小柴昌俊獲得今年諾貝爾物理獎並不意外,因為他得過日本國民的最高榮譽──文化勳章,前年又得到科學界大獎──以色列的沃爾夫獎,早被認為離諾貝爾獎只差一步。


從前人們觀測星空,只能使用天文望遠鏡,利用可見光、無線電波來探索宇宙和天體之謎。小柴昌俊利用設置於岐阜縣神岡町礦山地下的實驗設備,偵測到來自遙遠星空的中微子,得以藉之研究天體物理,開拓了『中微子天文學』的領域,他的學生戶塚洋二著書《從地下探索天上的奧秘》,回顧了他們從基本粒子研究轉向探索宇宙物理的歷程。

中微子僅參與弱交互作用,與普通物質不產生反應,在宇宙中穿行無阻,難以被偵測,被視做基本粒子族群中的「隱身人」,長久以來,認為中微子的質量為零。物理學家研究宇宙的演變,發現目前觀測到的宇宙物質密度,與理論不合,似乎有些東西從宇宙中消失了,於是尋找暗物質(指隱形不見),就成為天文學的大課題。自大爆炸宇宙創生後,中微子即布滿於太空中,中微子的質量雖然微乎其微,但只要不是零,就是暗物質的「最佳人選」,其質量的大小對宇宙演化和物理學的大統一理論有重大意義。

最初,神岡實驗的設計是為了觀測質子的衰變,必須排除來自其他輻射雜訊的干擾,而深入地下一公里。小柴的團隊花了兩年沒有找到質子衰變的跡象,於是轉移目標,又花了兩年改善儀器靈敏度,準備觀測來自太陽內部核融合反應的中微子。一九八七年二月,設備完成改善並運轉,一位天文學家朋友送來傳真「大麥哲倫星雲內發生超新星爆炸,你們有看到嗎?」,這次超新星爆炸,在十六萬光年之外,人生百年難得一見,根據理論會放出大量高能量中微子,他們取出實驗記錄磁帶送回東京大學分析,證實在十秒間共觀測到來自超新星的十一個中微子。當時,小柴再過一個月就要由東大退休了。神岡設施也意外地變身為「中微子天文觀測站」,吸引了國外的支援合作。

「捕捉到中微子,有什麼用?」他說:「沒有用。沒用的研究也是重要的。只要能增加人類的共通知識和智慧財產,我想也是好的。」神岡的後續研究,也證實了中微子質量不為零,將「極小」的基本粒子與「極大」的宇宙論研究相連在一起。小柴的接棒人也已在諾貝爾獎的候選名單上。

小柴常對學生提示兩件事:其一,「我們是用國民納稅的血汗錢來追求我們的夢想,買儀器時要努力省錢,不可依生意人所開的價格。」得獎後,他特別感謝濱松公司,當年為製造實驗所需的大型光電子倍增管而賠了三億日圓。其二,「想成為研究者,先要隨時抱著三、四個有希望的『研究鳥蛋』,機緣成熟時,該會有鳥破殼飛出吧。」好好把握,幸運會來拜訪有準備的人。

大學時代,小柴必須打工維持家中生計,很少去上課,他在去年東大畢業典禮中應邀致詞時,特意展示他的「爛成績單」。他說:「成績單不是未來人生的保證」。

記者問他何以能得到諾貝爾獎,小柴回答:「白天專心做研究,回家後看水戶黃門(指為民除害的德川光國,日本的包青天)電視劇。」記者再問:「為什麼愛看水戶黃門?」小柴說:「看到壞人被好人抓起來,就覺得很開心。」

中微子也曾譯為微中子,一位天文物理學者說過:「常會覺得自己只不過是一個中微子,知識分子就像宇宙中的中微子,是微不足道的,但只要有很小的質量,宇宙的命運也就決定於這些不足道者。 」今天,他的同行們已證實中微子具有微小的質量,他對中國知識分子的期盼是否也有實現之日? (2002/11/02 收到)


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