2015年诺贝尔物理学奖描述有误

萨德伯里中微子天文台主要研究太阳中微子。照片来源:劳伦斯-伯克利国家实验室

在一篇不同寻常的论文中，一位著名的理论物理学家说，2015年诺贝尔物理学奖的引入是错误的。意大利的里雅斯特国际理论物理中心的阿列克谢·斯米尔诺夫说，当时，两位获奖者因领导大规模中微子实验而获奖。然而，诺贝尔委员会用简洁有力的语言描述了其中一个实验的研究结果，但是这12个词的描述是有问题的。

“显然，这个获奖的描述本质上是错误的，他没有错。”乔治·格拉塔是美国加州帕洛阿尔托斯坦福大学的中微子物理学家，他没有参加两位获奖者的实验。但是瑞典乌普萨拉大学的中微子物理学家、诺贝尔委员会成员奥尔加·博特纳说:“诺贝尔奖的引用必须非常短，不能反映实验结果的所有细节。”

一些核相互作用产生的几乎没有质量的中微子很难与其他物质相互作用。它们以三种形式或“味道”来表达——电子中微子、μ子中微子和τ中微子，它们可以相互改变它们的形式。结果，电子中微子可以被转换成μ子中微子，然后再返回。像这样反复改变形状的“中微子振荡”可以表明中微子有质量。根据爱因斯坦的相对论，如果中微子没有质量，它们将在真空中以光速运动。如果是这样，时间对他们来说将是静止的，不可能改变形式。

2015年诺贝尔物理学奖授予了日本的梶田隆章和加拿大的亚瑟·麦克唐纳，以表彰他们在展示中微子变化的实验中做出的重要贡献。他们在各自的“发现中微子振荡，表明其质量”实验中发挥了主导作用。

东京大学的粒子物理学家梶田隆章和他的团队使用超级神风号来研究穿过大气层的宇宙射线产生的高能μ子。1998年，他们报道了到达地面的μ子的数量少于穿透大气层的μ子的数量，这可能表明部分μ子在“旅程”中振荡，变成了电子中微子和陶质微中子，而申钢探测器无法探测到。换句话说，大气中的中微子将在这两种状态之间转换。

另一个是金斯敦皇后大学的亚瑟·麦克唐纳。他和他的团队使用安装在矿井中的萨德伯里中微子天文台(SNO)来研究来自太阳的低能中微子。在2001年和2002年，SNO报告说电子中微子只占太阳产生的所有中微子的34%。他们相信太阳中微子在到达地球的途中不会消失，但是其中一些已经改变了它们的形式。他们在SNO捕捉到了太阳中微子的另一种状态。

根据诺贝尔奖委员会的说法，超级神风和SNO的结果共同证明了中微子振荡。

然而，斯米尔诺夫在预先打印好的服务器上发表的论文指出，SNO的结果并没有显示这一点。斯米尔诺夫提到，SNO的结果证明，来自太阳的电子中微子会改变类型，但这主要取决于不同的物理过程，而不是中微子振荡。诺贝尔委员会在这方面犯了一个错误。毫无疑问，这项实验应该获得诺贝尔奖，但获奖感言是错误的。斯米尔诺夫说。

理论上，中微子振荡并不一定意味着它有质量。物理学家不能说电子中微子有一个质量，μ中微子的质量是另一个质量，τ中微子是另一个质量。由于它们的质量不同，它们的变化也不同，所以不同质量的中微子在飞行中相互干扰，从而导致中微子振荡。超级神冈德的结果证明了这个理论。

相比之下，SNO的结论应该是中微子的“绝热味道转换”。由于太阳核心的高电子密度，中微子和电子的散射带来了非常大的附加势，即物质效应。由太阳核心产生的电子中微子本身就是一个质量本征态，它内部只有一个质量分量，所以它不会干扰或振荡。

然而，当电子中微子从太阳内部飞到表面时，密度逐渐降低，质量本征态也随之演化。太阳中微子仍然保持它们的质量本征态，但它们不再是纯电子中微子，而是由三种口味的中微子混合而成，因此电子中微子变成了其他中微子。然而，这不是由振荡引起的，而是本征态解随密度绝热变化。斯米尔诺夫说，SNO研究人员描述的结论是正确的，并没有声称发现了中微子振荡。

有些人认为斯米尔诺夫太严肃了。"斯米尔诺夫对物理学是正确的."北卡罗来纳杜克大学的中微子物理学家Kate Scholberg说，“但就个人而言，我认为诺贝尔奖这个术语是可以接受的，因为它是一种用法。”(张张编)

中国科学新闻(2016-12-27，第三版国际)

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