manbet手机版2002年10月8日

manbet手机版今年的诺贝尔物理学奖与宇宙粒子和辐射的发现和探测有关，由此产生了两个新的研究领域:中微子天文学和x射线天文学。manbet手机版该奖项与其中一半共同颁发给:manbet手机版雷蒙德戴维斯小manbet手机版美国费城宾夕法尼亚大学物理与天文学系manbet手机版正敏Koshibamanbet手机版东京大学国际基本粒子物理中心，日本，manbet手机版“对天体物理学的开创性贡献，特别是对宇宙中微子的探测”，manbet手机版而下半场manbet手机版里卡多。贾科尼manbet手机版联合大学，华盛顿特区，美国，manbet手机版“对天体物理学的开创性贡献，导致了宇宙x射线源的发现”。manbet手机版以下是对这些科学家获奖成就的描述。

manbet手机版宇宙的两个新窗口

manbet手机版太阳为什么会发光?
manbet手机版19世纪，人们对太阳能的来源展开了热烈的讨论。manbet手机版有一种理论认为，这种太阳反应是由于太阳物质收缩时释放出的引力能。manbet手机版然而，在这种情况下，在我们看来，太阳的预期寿命是很短的。manbet手机版它大约是2000万年，而地球的年龄，我们今天知道大约是50亿年。

manbet手机版1920年，一项实验表明，一个氦原子的质量小于四个氢原子。manbet手机版英国天体物理学家阿瑟·爱丁顿爵士利用阿尔伯特·爱因斯坦的公式E=m·c，意识到氢转化为氦的核反应可能是太阳能量供应的基础^{manbet手机版2}manbet手机版．manbet手机版在太阳中氢转化为氦的过程中，每个氦核会产生两个中微子，而氦核是由一系列反应形成的(由诺贝尔奖得主汉斯·贝特等人解释)。狗万世界杯manbet手机版通过探测中微子来验证这一理论的梦想被大多数科学家认为是不切实际的。manbet手机版然而，在20世纪50年代，诺贝尔奖得主弗雷德狗万世界杯里克·莱恩斯和他的同事们成功地证明了中微子的存在是可能的。manbet手机版在他们的实验中，他们使用了核反应堆中的反应，产生了大量的中微子通量。

manbet手机版据估计，来自太阳的中微子流量非常大:据估计，每秒钟有成千上万个太阳中微子在我们没有注意到的情况下穿过我们的身体。manbet手机版原因是这些中微子与物质的反应非常微弱，在经过地球的过程中，1亿亿个太阳中微子中只有一个会被阻挡。

manbet手机版在20世纪50年代末manbet手机版雷蒙德戴维斯小manbet手机版他是唯一一个敢于尝试证明太阳中微子存在的科学家，尽管可能性很小。manbet手机版虽然太阳中的大多数反应产生的中微子能量非常低，很难被探测到，但有一种罕见的反应产生了高能中微子。manbet手机版意大利物理学家布鲁诺·庞特科沃(Bruno Pontecorvo)提出，在这种中微子与氯的原子核发生反应，形成氩和电子的原子核之后，应该有可能探测到它。manbet手机版这种氩核具有放射性，寿命约为50天。

manbet手机版在地雷中捕获的粒子
manbet手机版20世纪60年代，戴维斯在美国南达科他州的一个金矿里放置了一个装满615吨常见清洗液四氯乙烯(图1)的水箱。manbet手机版总共约为2·10^{manbet手机版30.}manbet手机版水箱中的氯原子。manbet手机版他计算出每个月大约应该有20个中微子与氯反应，换句话说，应该产生20个氩原子。manbet手机版戴维斯的开创性方法是开发出一种提取氩原子并测量其数量的方法。manbet手机版他通过氯流体释放氦气，氩气原子就附着在它上面——这一成就比在整个撒哈拉沙漠中找到一粒特定的沙子要困难得多!

manbet手机版这个实验收集的数据直到1994年，总共提取了大约2000个氩原子。manbet手机版然而，这比预期的要少。manbet手机版通过对照实验，戴维斯能够证明，在装有氯的容器中，氩原子已不复存在。因此，似乎我们对太阳中的这些过程的理解是不完整的，或者有些中微子在飞往地球的途中消失了。

manbet手机版中微子从太空
manbet手机版当戴维斯的实验进行时，这位日本物理学家manbet手机版正敏Koshibamanbet手机版他的团队建造了另一个探测器，命名为神冈。manbet手机版它被放置在日本的一个矿井里，由一个巨大的装满水的水箱组成。manbet手机版当中微子通过这个容器时，它们可能会与水中的原子核相互作用。manbet手机版这个反应会释放一个电子，产生微小的闪光。manbet手机版坦克周围有光电倍增器，可以捕捉到这些闪光。manbet手机版通过调整探测器的灵敏度，可以证明中微子的存在，戴维斯的结果得到了证实。manbet手机版Davis和Koshiba实验的决定性区别在于后者记录事件发生的时间，对方向很敏感。manbet手机版因此，第一次有可能证明中微子来自太阳(图2a)。

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manbet手机版图2 a)神冈实验中的太阳中微子观测。manbet手机版在与太阳方向相对应的角度上，可以看到一个清晰的峰。manbet手机版平坦的背景来自于探测器周围的宇宙辐射和放射性。manbet手机版b) SN1987A中微子爆发的观测。manbet手机版此图显示了从07.33 UT开始的17分钟间隔内光电倍增的数量。manbet手机版中微子的爆发发生在1987年2月23日07.35.35 UT。

manbet手机版1987年2月，神冈探测器被一个名为1987A的超新星爆炸产生的中微子所击中，该超新星发生在银河系的邻近星系大麦哲伦星云(图2b)。manbet手机版它距离地球约17万光年(1光年相当于10光年)^{manbet手机版16}manbet手机版米)。manbet手机版如果一颗中子星是在超新星爆炸时形成的，那么释放出的大量能量中的大部分将以中微子的形式释放出来。manbet手机版总共大约10个^{manbet手机版58}manbet手机版据估计，中微子是由超新星1987A发射的，Koshiba的研究小组观测到大约10个中微子中的12个^{manbet手机版16}manbet手机版通过了探测器。manbet手机版美国的一个类似实验证实了这一发现。

manbet手机版中微子改变吗?
manbet手机版为了提高对宇宙中微子的敏感度，Koshiba建造了一个更大的探测器，超级神冈号，并于1996年投入使用。manbet手机版这个实验最近观察到了大气中产生的中微子的影响，这表明了一种全新的现象——中微子振荡，在这种振荡中，一种中微子可以转变为另一种中微子。manbet手机版这意味着中微子具有非零质量，这对于基本粒子的标准模型以及中微子在宇宙中所扮演的角色都具有重要意义。manbet手机版这也可以解释为什么戴维斯没有探测到像他预期的那样多的中微子。

manbet手机版戴维斯和Koshiba的发现和仪器的发展为中微子天文学这一新领域奠定了基础，这一领域对基础粒子物理学、天体物理学和宇宙学都具有重要意义。manbet手机版如果中微子有质量，基本粒子的标准模型就必须修改，而这个质量对于宇宙的收集质量是非常重要的。manbet手机版旨在证实或推翻中微子振荡理论的研究正在世界各地的许多实验室进行。

manbet手机版* * *manbet手机版一个看不见的天空
manbet手机版1895年Wilhelm Röntgen发现的x射线很快被世界各地的物理学家和医生在实验室和诊所使用。manbet手机版相比之下，天文学家花了半个世纪的时间来研究这种辐射。manbet手机版主要原因是，x射线辐射可以轻易穿透人体组织和其他固体物质，但在地球厚厚的大气层中，它几乎完全被空气吸收了。manbet手机版直到20世纪40年代，人们才研制出能够将仪器送入足够高的大气层的火箭。

manbet手机版1949年，已故的赫伯特·弗里德曼(Herbert Friedman)和他的同事将仪器放在火箭上，记录了地球外的第一次x射线辐射。manbet手机版研究表明，这种辐射来自太阳表面有太阳黑子和太阳爆发的区域，以及周围的日冕，日冕的温度高达数百万摄氏度。manbet手机版但是，如果太阳和银河系中的其他恒星一样遥远，这种类型的辐射将很难记录下来。

manbet手机版1959年，当时28岁的他manbet手机版里卡多。贾科尼manbet手机版他受雇为一家公司建立一个太空研究项目，该项目旨在让年轻的研究人员更容易从NASA等公司获得佣金。manbet手机版贾科尼和首创这一发明的人，已故的布鲁诺·罗西一起，制定了x射线望远镜的建造原理。manbet手机版这个建筑用锥形弯曲的镜子收集辐射，辐射斜落在镜子上，并被完全反射。manbet手机版这与炎炎夏日，风景反射在柏油路上空的现象是一样的。

manbet手机版贾科尼和他新成立的小组还进行了火箭实验，试图证明宇宙中存在x射线辐射，主要是看月球是否会在太阳的影响下发射x射线辐射。manbet手机版在一个实验中，火箭在高空飞行了6分钟。manbet手机版没有探测到来自月球的辐射，但由于火箭在旋转，它的探测器(图3)扫过天空，在更远的地方记录到了一个令人惊讶的强辐射源。manbet手机版此外，还发现了均匀分布在天空中的x射线辐射背景。

manbet手机版这些意想不到的发现推动了x射线天文学的发展。manbet手机版随着时间的推移，可以确定辐射方向的方法得到了改进，可以通过在正常光线下进行的观测来确定辐射源。manbet手机版在第一个成功的实验中发现的光源是天蝎座X-1中的一颗遥远的紫外线恒星(X代表X射线，1代表第一颗)。manbet手机版其他重要的来源是天鹅星座的恒星(天鹅座X-1、X-2和X-3)。manbet手机版大多数新发现的来源是双星，其中一颗恒星在一个狭窄的轨道上围绕另一个非常紧凑的物体——中子星或黑洞(图4)旋转(图4)。然而，由于气球和火箭可能的观测时间太短，因此很难进行这些研究。

manbet手机版x射线卫星拓宽了我们的视野
manbet手机版为了延长观测时间，贾科尼开始建造一颗卫星来探测天空中的x射线辐射。manbet手机版这颗卫星于1970年从肯尼亚的一个基地发射升空，并被命名为UHURU(斯瓦希里语中的“自由”)。manbet手机版它的灵敏度是火箭实验的十倍，每周它在轨道上产生的结果比所有之前的实验加起来还要多。

manbet手机版然而，到目前为止，还没有一个能够提供清晰图像的高清晰度x射线望远镜被送入太空。manbet手机版贾科尼建造了一个，并于1978年投入使用。manbet手机版它被称为爱因斯坦x射线天文台，能够在x射线波长下提供相对清晰的宇宙图像。manbet手机版它的灵敏度得到了提高，可以记录到比天蝎座X-1弱100万倍的物体。

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manbet手机版图4产生x射线的双星。manbet手机版气体从恒星中流出，向下流向致密的物体，并在其强大的引力场中加速，达到非常高的速度。manbet手机版当气体原子相互碰撞并在中子星表面被其磁场减速时，强烈的x射线辐射就会释放出来。

manbet手机版这台望远镜有许多发现。manbet手机版许多x射线双星被详细研究，尤其是一些被认为含有黑洞的物体。manbet手机版更多的普通恒星也可以首次通过x射线辐射进行研究。manbet手机版研究人员分析了超新星的残骸，发现了银河系外星系中的x射线恒星，还可以更仔细地检查来自遥远活动星系的x射线辐射爆发。manbet手机版来自星系群中星系间气体的x射线辐射帮助科学家得出了关于宇宙暗物质含量的结论。

manbet手机版1976年，贾科尼开始建造一个改进的、更大的x射线天文台。manbet手机版它直到1999年才发射，并以天体物理学家、诺贝尔奖得主Subrahmanyan Chandrasekhar的名字命名为钱德拉。manbet手机版钱德拉在x射线辐射下提供了非常详细的天体图像(图5)，与哈勃太空望远镜或使用可见光的新地球望远镜的图像相对应。

manbet手机版黑洞的新发现
manbet手机版多亏了x射线天文学及其先驱，特别是贾科尼，我们对宇宙的认识发生了决定性的改变。manbet手机版50年前，我们的观点被一幅恒星和星座处于平衡状态的画面所主导，在这种状态下，任何发展都是非常缓慢和渐进的。manbet手机版今天我们知道，宇宙也是一个极快速发展的场景，在持续不到一秒钟的过程中，大量的能量被释放出来，与那些比地球大不了多少但却非常紧凑的物体有关。manbet手机版对这些天体和活动星系核心中心的过程的研究主要基于x射线天文学的数据。manbet手机版人们发现并研究了一个由重要而奇特的天体组成的奇妙的新动物园。manbet手机版今天的宇宙似乎比50年前我们想象的要非凡得多——这在很大程度上要归功于x射线天文学。

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