1988年诺贝尔物理学奖——中微子的研究
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1981年诺贝尔物理学奖----激光光谱学与电子能谱学布隆姆贝根(Nicolaas Bloembergen,1920-- )肖洛 (Arthur L.Schawlow,1921-- )凯.西格班 (Kai M.Siegbahn,1918-- )1981年诺贝尔物理学奖的一半授予马萨诸塞州坎伯利基哈福大学的布隆姆贝根和美国加利福尼亚州斯坦福大学的肖洛,以表彰他们在发展激光光谱学所作的贡献;另一半授予瑞典乌普沙拉(Uppsala)大学的凯.西格班,以表彰他在高分辨率电子能谱学所作的贡献。
布隆姆贝根的主要工作是在激光光谱学、非线性光学、核磁共振以及电子顺磁共振等领域。
他的科学成就式多方面的。
特别是,他对激光光谱学的发展是从一条独特的道路上做出的。
1982年诺贝尔物理学奖----相变理论K.威尔逊(Kenneth G.Wilson,1936-- )1982年年诺贝尔物理学奖授予美国纽约州伊萨卡康奈尔大学的K.威尔逊,以表彰他对与相变有关的临界现象所作的理论贡献。
在日常生活中,也可从经典物理学中,我们知道,物质可以存在于不同的相中。
我们知道,如果改变压强或温度之类的参数,就会发生从某一到另一项的转变。
只要足够的加热,液体就会变成气体,也就是从液相变成气相。
金属达到一定的温度会失去磁性。
这些只是几个关于相变的大家熟悉的简单例子。
1983年诺贝尔物理学奖----天体物理学的成就钱德拉赛卡尔(Subrahmanyan Chandrasekhar,1910-1995)W.A.福勒(William Alfred Fowler,1911-1995)1983年诺贝尔物理学奖一半授予美国伊利诺斯州芝加哥大学的钱德拉赛卡尔,以表彰他对恒星结构和演变有重要意义的物理过程的理论研究;另一半授予加利福尼亚州帕萨迪那加州理工学院的W.A.福勒,以表彰他对宇宙中化学元素的形成有重要意义的核反应的理论和实验研究。
钱德拉赛卡尔是另一诺贝尔物理学奖获得者拉曼(Sir Chandrasekhara Venkata Raman)的外甥,1910年10月19日出生于巴基斯坦的拉哈尔,1930年毕业于印度马德拉斯大学,后在英国剑桥大学学习和任教。
从诺贝尔物理学奖观“中微子”的前世今生
张玲玉;许小涛
【期刊名称】《中学物理(高中版)》
【年(卷),期】2017(035)001
【摘要】瑞典皇家科学院将2015年诺贝尔物理学奖授予日本科学家梶田隆章以及加拿大科学家阿瑟·麦克唐纳,以表彰他们在中微子质量研究的贡献.二位科学家发现了中微子振荡的现象,从而证明中微子也有质量.时隔13年“中微子”第4次登上了世界最高物理学奖的领奖台,诺贝尔奖在奖励“中微子”所取得的重要成果的同时也“记录”了它的发展历程.本文围绕该领域所获得的4块诺贝尔奖,给人们介绍了中微子的基本特征并展现了中微子艰难的探索历程.
【总页数】2页(P63-64)
【作者】张玲玉;许小涛
【作者单位】六合高级中学江苏南京211500;六合高级中学江苏南京211500【正文语种】中文
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1988年12月10日第八十八届诺贝尔奖颁发。
物理学奖美国科学家施瓦茨、莱德曼、施泰因因利用粒子加速器制出中微子而共获诺贝尔物理学奖。
施瓦茨属于巨蟹座的:利昂·莱德曼,著名粒子物理学家。
1922年7月15日生于纽约,1946年进入哥伦比亚大学物理系读研究生,1951年获得博士学位后留校工作,1958年后任该校教授,1979-1989年曾任费米国家加速器实验室主任,并主持设计了超导超级对撞机建造计划。
利昂·莱德曼长期从事教育工作,曾任美国科学促进会理事会主席。
他在粒子物理实验领域成果卓著,并因“中微子束方法及通过发现μ中微子验证轻子的二重态结构”而荣获1988年诺贝尔物理学奖。
基本资料姓名:利昂·莱德曼出生日:1922年7月15日星座:巨蟹座性别:男地区:美国出生省:纽约出生市:纽约身份:科学家个人简介利昂·莱德曼1922年7月15日出生于纽约的一个移民家庭里,父亲经营一家手工洗衣房。
莱德曼从小就在纽约上小学、中学和市立学院,然后进哥伦比亚大学,1951年在哥伦比亚大学获博士学位。
他先是主修化学,由于哈尔勃(I.Halpern)和中学同学克莱因(M.J.Klein)的影响,后转学物理。
1943年毕业后在美军服役三年,1946年进入由拉比教授主持的哥伦比亚大学物理研究生院。
当时物理系正在建造一台385MeV同步电子回旋加速器。
1948年利昂·莱德曼加入这个加速器实验室,并随加速器实验室主任布什(Booth)教授工作。
他的博士论文题目是关于威耳逊云室的建造。
这时,拉比邀请了许多专家到哥伦比亚来参加加速器的工作,共同推进这项新的课题,其中也有斯坦博格。
1951年利昂·莱德曼完成了博士论文,被邀请留下,一干就是28年。
在这里做了许多有关π介子的工作。
1958年利昂·莱德曼到欧洲核子研究中心作学术休假,工作了一年。
在那里他组织了一个小组做g-2实验。
中微子的质量问题《自然杂志》19卷4期的‘探索物理学难题的科学意义'的97个悬而未决的难题:65.中微子有无静止质量?66.有无中微子振荡?在微观世界中,中微子一直是一个无所不在、而又不可捉摸的过客.中微子产生的途径很多, 如恒星内部的核反应,超新星的爆发,宇宙射线与地球大气层的撞击,以至于地球上岩石等各种物质的衰变等.尽管大多数科学家承认它可能是构成我们所在宇宙中最常见的粒子之一,但由于它穿透力极强,而且几乎不与其它物质发生相互作用,因此它是基本粒子中人类所知最少的一种.被誉为中微子之父的泡利与费密曾假设它没有静止质量.根据物理学的传统理论,稳定、不带电的基本粒子中微子的静止质量应为零,然而美国科学家的研究从另一个角度有可能推翻这一结论.据俄《知识就是力量》月刊报道,美国斯坦福大学的科研人员对最近24年来人类探测中微子所获数据进行分析后发现,从太阳飞向地球的中微子流运动具有某种周期性,每28天为一个循环,这几乎与太阳绕自己的轴心自转的周期相重合.美国科学家认为,这种周期性是由于太阳不均等的磁场作用造成的.磁场强度的变化,使部分中微子流严重偏移,致使探测器难以捕捉到.对此似可得出结论:中微子流有着自己的磁矩,既然有磁矩,就应有静止质量.在上世纪90年代以前,国际主流科学家们也认为中微子是没有质量的,因为这是标准模型的需要.然而近年包括我国在内的世界上的中微子振荡实验、观察,都探知到中微子有质量.令人惊讶的是,1938年意大利理论物理学家埃托雷·马约拉纳(Ettore Majorana)早就认为微中子有质量,并提出马约拉纳方程式.1998年6月12日,东京大学的一个国际研究小组在美国《科学》杂志上发表报告说,他们利用一个巨大的地下水槽,证实了中微子有静止质量.这一论断在世界科学界引起广泛关注.由日、美、韩三国科学家组成的科研小组日前在此间宣布,他们在实验中观测到了250公里远处的质子加速器发出的中微子.这是人类首次在如此远的距离内观测到人造粒子.日本文部省的高能加速器机构位于筑波科学城,东京大学宇宙射线研究所设在岐阜县的神冈,两地相距250公里.6月19日下午,科学家在高能加速器研究机构使用质子加速器向宇宙射线研究所的神冈地下检测槽发射中微子,并通过检测槽检测到了中微子.由于这批中微子来自筑波科学城方向,并且是在发射之后大约0.00083秒时检测到的,科学家因而断定,它们就是质子加速器发出的那批中微子.这项实验是为了证实中微子有静止质量而设计的.1998年6月,日、美两国科学家宣布探测到中微子有静止质量.如果这一点被证实,现有的理论物理体系将受到巨大冲击.为了验证这一发现,科学家计划人工发射和接收中微子,观察中微子经过远距离传输后发生的变化,推断中微子是否有质量.为了研究宇宙中的中微子,各种新型望远镜不断出现并投入使用.今年9月,一台专门研究中微子的特殊望远镜在地中海中开始安装.它不像普通望远镜那样直指天空,而是“反其道行之”面朝海底.这台“面海观天”的中微子望远镜名为“安塔雷斯”.它由英国、法国、俄罗斯、西班牙和荷兰等国科学家联合设计,安装地点位于距法国马赛东南海岸40公里处.望远镜在海面2.4公里以下,由13根垂入海中的缆状物组成,每个缆状物上将带有20个足球大小的探测器. 2000年7月,日本文部省高能加速器研究机构发表实验结果称,由日本、美国和韩国科学家组成的实验小组在迄今的实验中,确认“中微子有质量”的概率已经达到95%.不过要最后作出“中微子有质量”的科学结论,需要99%以上的概率.CERN等一些其它研究机构也在筹划测中微子质量的试验.参与该国际合作项目的英国设菲尔德大学科研人员介绍说,来自宇宙的中微子能畅行无碍地穿越包括地球在内的很多物体.虽然中微子无法直接探测到,但它在穿透地球过程中,偶尔会产生少量的高能量缪子中微子,并发散出特殊辐射光——切伦科夫光.“安塔雷斯”主要通过高灵敏度探测器检测该辐射来研究中微子.由于“安塔雷斯”面向海底,绝大部分宇宙射线会被厚厚的地层屏蔽掉,大大减少了观测过程中的本底噪音.专家说,这台望远镜的安装有可能为更深入揭示伽马射线爆发以及暗物质等宇宙奥秘提供重要线索. 北京大学的刘川教授认为:中微子有质量(假设中微子振荡实验正确),它的速度小于光速.所谓“中微子运动速度等于光速”,是指1950年之前的说法,那时以为中微子没有静止质量.现代科技界认为中微子总质量上限确定到不及10亿分之一的氢原子质量,使暗物质的一种可能形式,它们在全部暗物质中最多只占有1/8的分额.【1】因发现第二代μ中微子而与人分享1988年诺贝尔物理学奖的莱昂·莱德曼评论说,找到τ中微子的直接证据是非常重要且等待已久的结果.说其重要,是因为科学家将据此进一步研究三代中微子之间的关系;说等待已久,是因为25年前τ轻子就已经被发现,现在“另一个鞋子终于掉了下来”.τ轻子的发现者、荣获1995年诺贝尔物理学奖的马丁·佩尔说,证实τ中微子的存在具有里程碑的意义.在找到粒子家庭全部成员之前,粒子间相互转换的研究难以展开,现在这一障碍已被扫除.τ中微子的发现会给现实生活带来什么改变?这还是科学家们无法预言的.不过,正如居里夫人100年前发现原子核裂变时没有人知道这一发现会有什么用处、而40年后人们用它制造原子弹和发电一样,τ中微子的发现也将给科学的发展带来深远影响.美国能源部LANL实验室的液体闪烁体中微子探测器、加拿大Sudbury中微子观测站和日本超级神冈加速器实验的最新结果给出有力的证据:中微子以各种形式“振荡”,因此必定会具有质量.虽然质量很小,但宇宙中大量的中微子加起来可使总的质量达到相当高.美国费米国家实验室新的加速器实验MiniBooNE和MINOS将研究中微子震荡和中微子质量.宇宙学告诉我们,当今宇宙中一定存在着大量的中微子.物理学家们最近发现越来越多的证据,表明它们具有小质量.甚至可能有超越现行标准模型3个以外更多类型的中微子.加拿大Sudbury中微子观测站(SNO)发布的第一批结果和日本超级神冈的实验结果,对丢失的太阳中微子进行的证据越来越多.这两项实验均系国际合作,得到美国能源部的大力支持.称为MINOS的长基线实验,利用费米实验室中微子主注入器工程建造的设备,寻找具有极小质量的中微子存在的证据.费米实验室新的主注入器作为MINOS 实验的中微子源,实验的长基线从这里开始,探测器放在735公里之外的明尼苏达州北部原Soudan铁矿里.(Soudan矿中现有1000吨探测器)参加MINOS实验的科学家们对从费米实验室出来的中微子和到达Soudan铁矿中的探测器的中微子的特性进行测量和比较.这两个探测器中中微子相互作用的特点之别提供不同类型的中微子振荡的证据,因此得出中微子质量.1995 年美国LANL的液体闪烁器中微子探测器(LSND)发现了谬子中微子变成电子中微子的证据.费米国家实验室有一台探测器称为MiniBooNE,用来研究这一现象.因为更强的中微子束流,它比LSND获得更多的数据.MiniBooNE的中微子束流由比LSND束流短约10000倍强脉冲组成.这大大提高了实验将来自自然产生宇宙线相互作用的束流感应中微子事例分开的能力.现行的理论假设中微子根本就没有质量.中微子具有质量要求对理论进行修改,它起码有助于解释构成90%以上宇宙的暗物质.中微子质量以及其他所有轻子和夸克的来源,被认为是由因黑格斯玻色子传递的“黑格斯潮引起的独特相互作用.这个玻色子是费米实验室TeV能级加速器大力寻找的目标.如果找不到,可能会在CERN的LHC上找到.能形成重元素的核反应也能形成大量奇异的亚原子群,即中微子.它们属于轻子粒子群,比如常见的电子,µ介子和τ介子.因为中微子几乎不与普通物质发生相互作用,所以可以通过它们直接看到星体中心,要做到这一点,我们必须能够捕捉到它们并对它们进行研究,物理学家正在朝这个方向努力.不久前,物理学家还认为中微子没有质量,但最近的进展表明,这些粒子可能也有些许质量,任何这方面的证据也可以作为理论依据,找出4种自然力量中的3种——电磁、强力和弱力——的共性,即使很小的重量也可以叠加,因为大爆炸留下了大量的中微子.参考文献:【1】《物理》第31卷11期759页 2002年北京。
2022科学知识问答真题模拟及答案(5)共378道题1、橡皮筋拉得越紧,发出的声音()。
(单选题)A. 越低B. 越高C. 越轻D. 不变试题答案:B2、下列哪一项是因为中微子的研究而获得诺贝尔物理学奖的?()(单选题)A. 1988年发现两种中微子B. 1995年发现第三种中微子C. 2002年证明三种中微子相互转变D. 以上均是试题答案:D3、在一块岩石上滴上盐酸,有气泡冒出,这块岩石是()。
(单选题)A. 玄武岩B. 砂岩C. 花岗岩D. 石灰岩试题答案:D4、下列情况下,()是不属于使食盐溶解得快的方法。
(单选题)A. 粉碎B. 加热C. 搅拌D. 沉淀试题答案:D5、由波函数的径向分布图可以看出:()(单选题)A. 电子是按层分布的B. 出现的概率是ns>np>nd>nfC. 只有第一个是D. 前两个都是试题答案:D6、在几何中有规则的多面体有多少个:()(单选题)A. 2个B. 4个C. 5个D. 12个试题答案:C7、每块磁铁的磁极都有()。
(单选题)A. 一个B. 两个C. 三个D. 无数个试题答案:B8、证明物理世界左右对称的方程式是()。
(单选题)A. 爱因斯坦方程式B. 牛顿方程式C. 麦克斯韦方程式D. 以上均是试题答案:D9、下列叙述中,正确的是()(单选题)A. 仙人球是一种不需要水就能生长的植物B. 植物生长需要阳光,所以植物的生长环境都是相同的C. 在不同环境中的水稻,生长情况是不同的D. 只要保持水分的充足,水仙花可以在任何环境下生长试题答案:C10、金鱼缸里养些小草的主要作用是()(单选题)A. 释放氧气B. 显得美观C. 清洁水质试题答案:A11、下列物体不能被磁铁吸引的是()(单选题)A. 一元硬币B. 铁钉C. 五角硬币试题答案:C12、茎卷须攀附着别的物体上升的茎叫做()(单选题)A. 直立茎B. 缠绕茎C. 攀援茎D. 匍匐茎13、用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电用符号表示应该是()。
历年诺贝尔物理学奖得主(1901-2016) 年份 获奖者 国籍 获奖原因 1901年 威廉·康拉德·伦琴 德国“发现不寻常的射线,之后以他的名字命名”(即X 射线,又称伦琴射线,并伦琴做为辐射量的单位) 1902年亨得里克·洛仑兹 荷兰“关于磁场对辐射现象影响的研究”(即塞曼效应) 彼得·塞曼 荷兰1903年 亨利·贝克勒 法国“发现天然放射性” 皮埃尔·居里 法国“他们对亨利·贝克勒教授所发现的放射性现象的共同研究” 玛丽·居里 法国1904年 约翰·威廉·斯特拉斯英国“对那些重要的气体的密度的测定,以及由这些研究而发现氩”(对氢气、氧气、氮气等气体密度的测量,并因测量氮气而发现氩) 1905年 菲利普·爱德华·安东·冯·莱纳德德国“关于阴极射线的研究” 1906年 约瑟夫·汤姆孙 英国"对气体导电的理论和实验研究" 1907年 阿尔伯特·迈克耳孙 美国“他的精密光学仪器,以及借助它们所做的光谱学和计量学研究” 1908年 加布里埃尔·李普曼 法国“他的利用干涉现象来重现色彩于照片上的方法” 1909年 古列尔莫·马可尼 意大利“他们对无线电报的发展的贡献” 卡尔·费迪南德·布劳恩德国1910年 范德华 荷兰“关于气体和液体的状态方程的研究” 1911年 威廉·维恩 德国“发现那些影响热辐射的定律” 1912年 尼尔斯·古斯塔夫·达伦 瑞典“发明用于控制灯塔和浮标中气体蓄积器的自动调节阀”1913年 海克·卡末林·昂内斯荷兰“他在低温下物体性质的研究,尤其是液态氦的制成” 1914年 马克斯·冯·劳厄 德国“发现晶体中的X 射线衍射现象” 1915年 威廉·亨利·布拉格 英国“用X 射线对晶体结构的研究” 威廉·劳伦斯·布拉格英国1917年 查尔斯·格洛弗·巴克拉英国“发现元素的特征伦琴辐射” 1918年 马克斯·普朗克 德国“因他的对量子的发现而推动物理学的发展” 1919年 约翰尼斯·斯塔克 德国“发现极隧射线的多普勒效应以及电场作用下谱线的分裂现象” 1920年 夏尔·爱德华·纪尧姆瑞士“他的,推动物理学的精密测量的,有关镍钢合金的反常现象的发现” 1921年 阿尔伯特·爱因斯坦 德国“他对理论物理学的成就,特别是光电效应定律的发现” 1922年 尼尔斯·玻尔 丹麦“他对原子结构以及由原子发射出的辐射的研究” 1923年 罗伯特·安德鲁·密立根美国“他的关于基本电荷以及光电效应的工作” 1924年 卡尔·曼内·乔奇·塞格巴恩瑞典“他在X 射线光谱学领域的发现和研究”[3] 1925年詹姆斯·弗兰克 德国“发现那些支配原子和电子碰撞的定律” 古斯塔夫·赫兹 德国1926年 让·佩兰 法国“研究物质不连续结构和发现沉积平衡” 1927年 阿瑟·康普顿 美国 “发现以他命名的效应”查尔斯·威耳逊英国“通过水蒸气的凝结来显示带电荷的粒子的轨迹的方法”1928年欧文·理查森英国“他对热离子现象的研究,特别是发现以他命名的定律”1929年路易·德布罗意公爵法国“发现电子的波动性”1930年钱德拉塞卡拉·文卡塔·拉曼印度“他对光散射的研究,以及发现以他命名的效应”1932年维尔纳·海森堡德国“创立量子力学,以及由此导致的氢的同素异形体的发现”1933年埃尔温·薛定谔奥地利“发现了原子理论的新的多产的形式”(即量子力学的基本方程——薛定谔方程和狄拉克方程)保罗·狄拉克英国1935年詹姆斯·查德威克英国“发现中子”1936年维克托·弗朗西斯·赫斯奥地利“发现宇宙辐射”卡尔·戴维·安德森美国“发现正电子”1937年克林顿·约瑟夫·戴维孙美国“他们有关电子被晶体衍射的现象的实验发现”乔治·汤姆孙英国1938年恩里科·费米意大利“证明了可由中子辐照而产生的新放射性元素的存在,以及有关慢中子引发的核反应的发现”1939年欧内斯特·劳伦斯美国“对回旋加速器的发明和发展,并以此获得有关人工放射性元素的研究成果”1943年奥托·施特恩美国“他对分子束方法的发展以及有关质子磁矩的研究发现”1944年伊西多·艾萨克·拉比美国“他用共振方法记录原子核的磁属性”1945年 沃尔夫冈·泡利 奥地利 “发现不相容原理,也称泡利原理”1946年 珀西·威廉斯·布里奇曼美国“发明获得超高压的装置,并在高压物理学领域作出发现” 1947年 爱德华·维克托·阿普尔顿英国“对高层大气的物理学的研究,特别是对所谓阿普顿层的发现” 1948年 帕特里克·梅纳德·斯图尔特·布莱克特英国“改进威尔逊云雾室方法和由此在核物理和宇宙射线领域的发现” 1949年 汤川秀树 日本“他以核作用力的理论为基础预言了介子的存在” 1950年 塞西尔·弗兰克·鲍威尔英国“发展研究核过程的照相方法,以及基于该方法的有关介子的研究发现” 1951年 约翰·道格拉斯·考克饶夫英国“他们在用人工加速原子产生原子核嬗变方面的开创性工作” 欧内斯特·沃吞 爱尔兰1952年费利克斯·布洛赫 美国“发展出用于核磁精密测量的新方法,并凭此所得的研究成果” 爱德华·珀塞尔 美国1953年 弗里茨·塞尔尼克 荷兰“他对相衬法的证实,特别是发明相衬显微镜” 1954年马克斯·玻恩 英国“在量子力学领域的基础研究,特别是他对波函数的统计解释” 瓦尔特·博特 德国“符合法,以及以此方法所获得的研究成果” 1955年威利斯·尤金·兰姆 美国“他的有关氢光谱的精细结构的研究成果” 波利卡普·库施 美国“精确地测定出电子磁矩” 1956年 威廉·布拉德福德·肖克利美国“他们对半导体的研究和发现晶体管效应” 约翰·巴丁 美国沃尔特·豪泽·布喇顿美国1957年杨振宁中国“他们对所谓的宇称不守恒定律的敏锐地研究,该定律导致了有关基本粒子的许多重大发现”李政道中国1958年帕维尔·阿列克谢耶维奇·切连科夫苏联“发现并解释切连科夫效应”伊利亚·弗兰克苏联伊戈尔·叶夫根耶维奇·塔姆苏联1959年埃米利奥·吉诺·塞格雷美国“发现反质子”欧文·张伯伦美国1960年唐纳德·阿瑟·格拉泽美国“发明气泡室”1961年罗伯特·霍夫施塔特美国“关于对原子核中的电子散射的先驱性研究,并由此得到的关于核子结构的研究发现”鲁道夫·路德维希·穆斯堡尔德国“他的有关γ射线共振吸收现象的研究以及与这个以他命名的效应相关的研究发现”1962年列夫·达维多维奇·朗道苏联“关于凝聚态物质的开创性理论,特别是液氦”1963年耶诺·帕尔·维格纳美国“他对原子核和基本粒子理论的贡献,特别是对基础的对称性原理的发现和应用”玛丽亚·格佩特-梅耶美国“发现原子核的壳层结构”J·汉斯·D·延森德国1964年查尔斯·汤斯美国“在量子电子学领域的基础研究成果,该成果导致尼古拉·根纳季耶维奇·巴索夫苏联了基于激微波-激光原理建造的振荡器和放大器" 亚历山大·普罗霍罗夫苏联1965年朝永振一郎 日本“他们在量子电动力学方面的基础性工作,这些工作对粒子物理学产生深远影响” 朱利安·施温格 美国理查德·菲利普·费曼美国1966年 阿尔弗雷德·卡斯特勒法国“发现和发展了研究原子中赫兹共振的光学方法” 1967年 汉斯·阿尔布雷希特·贝特美国“他对核反应理论的贡献,特别是关于恒星中能源的产生的研究发现” 1968年 路易斯·沃尔特·阿尔瓦雷茨美国“他对粒子物理学的决定性贡献,特别是因他发展了氢气泡室技术和数据分析方法,从而发现了一大批共振态” 1969年 默里·盖尔曼 美国“对基本粒子的分类及其相互作用的研究发现” 1970年汉尼斯·奥洛夫·哥斯达·阿尔文瑞典“磁流体动力学的基础研究和发现,及其在等离子体物理学富有成果的应用” 路易·奈耳 法国“关于反铁磁性和铁磁性的基础研究和发现以及在固体物理学方面的重要应用” 1971年 伽博·丹尼斯 英国“发明并发展全息照相法” 1972年约翰·巴丁 美国“他们联合创立了超导微观理论,即常说的BCS 理论” 利昂·库珀 美国约翰·罗伯特·施里弗美国1973年 江崎玲于奈 日本 “发现半导体和超导体的隧道效应”伊瓦尔·贾埃弗挪威布赖恩·戴维·约瑟夫森英国“他理论上预测出通过隧道势垒的超电流的性质,特别是那些通常被称为约瑟夫森效应的现象”1974年马丁·赖尔英国“他们在射电天体物理学的开创性研究:赖尔的发明和观测,特别是合成孔径技术;休伊什在发现脉冲星方面的关键性角色”安东尼·休伊什英国1975年奥格·尼尔斯·玻尔丹麦“发现原子核中集体运动和粒子运动之间的联系,并且根据这种联系发展了有关原子核结构的理论”本·罗伊·莫特森丹麦利奥·詹姆斯·雷恩沃特美国1976年伯顿·里克特美国“他们在发现新的重基本粒子方面的开创性工作”丁肇中美国1977年菲利普·沃伦·安德森美国“对磁性和无序体系电子结构的基础性理论研究”内维尔·莫特英国约翰·凡扶累克美国1978年彼得·列昂尼多维奇·卡皮查苏联“低温物理领域的基本发明和发现”阿尔诺·艾伦·彭齐亚斯美国“发现宇宙微波背景辐射”罗伯特·伍德罗·威尔逊美国1979年谢尔登·李·格拉肖美国“关于基本粒子间弱相互作用和电磁相互作用的统一理论的,包括对弱中性流的预言在内的贡献”阿卜杜勒·萨拉姆巴基斯坦史蒂文·温伯格美国1980年詹姆斯·沃森·克罗宁美国“发现中性K介子衰变时存在对称破坏”瓦尔·洛格斯登·菲奇美国1981年凯·西格巴恩瑞典“对开发高分辨率电子光谱仪的贡献”尼古拉斯·布隆伯根美国“对开发激光光谱仪的贡献”阿瑟·肖洛美国1982年肯尼斯·威尔逊美国“对与相转变有关的临界现象理论的贡献”1983年苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡美国“有关恒星结构及其演化的重要物理过程的理论研究”威廉·福勒美国“对宇宙中形成化学元素的核反应的理论和实验研究”1984年卡洛·鲁比亚意大利“对导致发现弱相互作用传递者,场粒子W和Z的大型项目的决定性贡献”西蒙·范德梅尔荷兰1985年克劳斯·冯·克利青德国“发现量子霍尔效应”1986年恩斯特·鲁斯卡德国“电子光学的基础工作和设计了第一台电子显微镜”格尔德·宾宁德国“研制扫描隧道显微镜”海因里希·罗雷尔瑞士1987年约翰内斯·贝德诺尔茨德国“在发现陶瓷材料的超导性方面的突破”卡尔·米勒瑞士1988年利昂·莱德曼美国“中微子束方式,以及通过发现梅尔文·施瓦茨美国子中微子证明了轻子的对偶结构”1989年诺曼·拉姆齐美国“发明分离振荡场方法及其在氢激微波和其他原子钟中的应用”汉斯·德默尔特美国“发展离子陷阱技术”沃尔夫冈·保罗德国1990年杰尔姆·弗里德曼美国“他们有关电子在质子和被绑定的中子上的深度非弹性散射的开创性研究,这些研究对粒子物理学的夸克模型的发展有必不可少的重要性”亨利·肯德尔美国理查·泰勒加拿大1991年皮埃尔-吉勒·德热纳法国“发现研究简单系统中有序现象的方法可以被推广到比较复杂的物质形式,特别是推广到液晶和聚合物的研究中”1992年乔治·夏帕克法国“发明并发展了粒子探测器,特别是多丝正比室”1993年拉塞尔·赫尔斯美国“发现新一类脉冲星,该发现开发了研究引力的新的可能性”约瑟夫·泰勒美国1994年伯特伦·布罗克豪斯加拿大“对中子频谱学的发展,以及对用于凝聚态物质研究的中子散射技术的开创性研究”克利福德·沙尔美国“对中子衍射技术的发展,以及对用于凝聚态物质研究的中子散射技术的开创性研究”1995年马丁·佩尔美国“发现τ轻子”,以及对轻子物理学的开创性实验研究弗雷德里克·莱因斯美国“发现中微子,以及对轻子物理学的开创性实验研”1996年戴维·李美国“发现了在氦-3里的超流动性”道格拉斯·奥谢罗夫美国罗伯特·理查森美国1997年朱棣文美国“发展了用激光冷却和捕获原子的方法”克洛德·科昂-唐努德日法国威廉·菲利普斯美国1998年罗伯特·劳夫林美国“发现一种带有分数带电激发的新的量子流体形式”霍斯特·施特默德国崔琦美国1999年杰拉德·特·胡夫特荷兰“阐明物理学中弱电相互作用的量子结构”马丁纽斯·韦尔特曼荷兰2000年若雷斯·阿尔费罗夫俄罗斯“发展了用于高速电子学和光电子学的半导体异质结构”赫伯特·克勒默德国杰克·基尔比美国“在发明集成电路中所做的贡献”2001年埃里克·康奈尔美国“在碱性原子稀薄气体的玻色-爱因斯坦凝聚态方面取得的成就,以及凝聚态物质属性质的早期基础性研究”卡尔·威曼美国沃尔夫冈·克特勒德国2002年雷蒙德·戴维斯美国“在天体物理学领域做出的先驱性贡献,尤其是探测宇宙中微子”小柴昌俊日本里卡尔多·贾科尼美国“在天体物理学领域做出的先驱性贡献,这些研究导致了宇宙X射线源的发现”2003年阿列克谢·阿布里科索夫俄罗斯“对超导体和超流体理论做出的先驱性贡献”维塔利·金兹堡俄罗斯安东尼·莱格特美国2004年戴维·格娄斯美国“发现强相互作用理论中的渐近自由”休·波利策美国弗朗克·韦尔切克美国2005年罗伊·格劳伯美国“对光学相干的量子理论的贡献”约翰·霍尔美国“对包括光频梳技术在内的,基于激光的精密光谱学发展做出的贡献,”特奥多尔·亨施德国2006年约翰·马瑟美国“发现宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异乔治·斯穆特美国性”2007年艾尔伯·费尔法国“发现巨磁阻效应”彼得·格林贝格德国2008年小林诚日本“发现对称性破缺的来源,并预测了至少三大类夸克在自然界中的存在”益川敏英日本南部阳一郎美国“发现亚原子物理学的自发对称性破缺机制”2009年高锟英国“在光学通信领域光在纤维中传输方面的突破性成就”威拉德·博伊尔美国“发明半导体成像器件电荷耦合器件”乔治·史密斯美国2010年安德烈·海姆俄罗斯“在二维石墨烯材料的开创性实验”康斯坦丁·诺沃肖洛夫俄罗斯2011年布莱恩·施密特澳大利亚“透过观测遥距超新星而发现宇宙加速膨胀”亚当·里斯美国索尔·珀尔马特美国2012年塞尔日·阿罗什法国“能够量度和操控个体量子系统的突破性实验手法”大卫·维因兰德美国2013年彼得·W·希格斯英国对希格斯玻色子的预测[1][4-6]弗朗索瓦·恩格勒比利时2014年赤崎勇日本“发明一种新型高效节能光源,即蓝色发光二极管(LED)”天野浩日本中村修二美国2015年梶田隆章日本“通过中微子振荡发现中微子有质量。
1988年诺贝尔物理学奖一一中微子的研究1988年诺贝尔物理学奖授予美国伊利诺斯州巴塔维亚(Batavia)费米国家加速器实验室的莱德曼(Leon M.Lederman,1922—)、美国加利福尼亚州蒙顿维(Mountain View),数字通讯公司( DigitalPathways,lnc)的施瓦茨(Melvin Schwartz, 1932—)和瑞士日内瓦欧洲核子研究中心的斯坦博格 (Jack Steinberge, 1921 — ),以表彰他们在发展中微子束方法以及通过卩子中微子的发现显示轻子的二重态结构所作的贡献。
中微子的研究在粒子物理学中占有重要地位。
它原来是一个假设的粒子。
1931年,泡利从研究B衰变的能谱出发,提出了中微子的假设,当时几乎没有人能够想像,怎么去捕捉”这一神秘莫测的粒子”因为中微子是中性的,所以用于测量带电粒子的所有办法,对它都无效。
它与物质的相互作用又极弱,甚至可以穿过整个地球而不被任何物质吸收。
所以长时期以来,中微子只是在理论家的计算中出现,而实验上始终无法证实它的存在。
1934年,费米根据泡利的假设,提出了原子核中的中子衰变成质子,同时放出一个电子与中微子的B衰变理论。
费米的理论指出,原子核B衰变的相互作用,不同于电磁相互作用,是一种弱相互作用”费米的理论计算与实验结果符合得很好,间接地证明了中微子的存在。
即使如此,人们仍然不知道,如何真正地去测量它。
1952年戴维斯(Davis)按照早在1941年由我国科学家王淦昌所提出的建议,用K俘获法证明了中微子的存在。
1953年,在反应堆旁观测到了反中微子。
1956年,科昂(Cowan),莱因斯 (ReineS 等人,在实验上直接观察到中微子①。
1958年,哥德哈勃(Goldhaber) 等人,还精确地测出了中微子的螺旋性。
他们用的也是K俘获法。
用152En俘获一个K壳层的电子,变成152Sm的激发态,再放出一个中微子,成为152Sm。
1988年诺贝尔物理学奖——中微子的研究1988年诺贝尔物理学奖授予美国伊利诺斯州巴塔维亚(Batavia)费米国家加速器实验室的莱德曼(Leon M.Lederman,1922—)、美国加利福尼亚州蒙顿维(Mountain View),数字通讯公司(DigitalPathways,Inc)的施瓦茨(Melvin Schwartz,1932—)和瑞士日内瓦欧洲核子研究中心的斯坦博格(Jack Steinberger,1921—),以表彰他们在发展中微子束方法以及通过μ子中微子的发现显示轻子的二重态结构所作的贡献。
中微子的研究在粒子物理学中占有重要地位。
它原来是一个假设的粒子。
1931年,泡利从研究β衰变的能谱出发,提出了中微子的假设,当时几乎没有人能够想像,怎么去“捕捉”这一神秘莫测的“粒子”。
因为中微子是中性的,所以用于测量带电粒子的所有办法,对它都无效。
它与物质的相互作用又极弱,甚至可以穿过整个地球而不被任何物质吸收。
所以长时期以来,中微子只是在理论家的计算中出现,而实验上始终无法证实它的存在。
1934年,费米根据泡利的假设,提出了原子核中的中子衰变成质子,同时放出一个电子与中微子的β衰变理论。
费米的理论指出,原子核β衰变的相互作用,不同于电磁相互作用,是一种“弱相互作用”。
费米的理论计算与实验结果符合得很好,间接地证明了中微子的存在。
即使如此,人们仍然不知道,如何真正地去测量它。
1952年戴维斯(Davis)按照早在1941年由我国科学家王淦昌所提出的建议,用K俘获法证明了中微子的存在。
1953年,在反应堆旁观测到了反中微子。
1956年,科昂(Cowan),莱因斯(Reines)等人,在实验上直接观察到中微子①。
1958年,哥德哈勃(Goldhaber)等人,还精确地测出了中微子的螺旋性。
他们用的也是K俘获法。
用152En俘获一个K壳层的电子,变成152Sm的激发态,再放出一个中微子,成为152Sm。
经过仔细分析,他们第一次确定,中微子的螺旋性是-1,反中微子是+1。
在这之前,还有两种常用的方法:一种是所谓的β能谱法,即用量能器测量β衰变时的能量谱,由于电子只带走了衰变前后原子核能量差的一部分,其余部分的能量,即由中微子带走。
这是最早的中微子实验,可以定性地,间接地证实中微子的存在。
另一种是原子核反冲法。
原子核在β衰变发射电子的同时,原子核本身还要受到一个反作用力,使原子核本身获得一个反冲速度。
只要测出了发射电子与反冲核的动量,从动量的守恒,就可以确认中微子的存在。
到了1962年,对中微子的研究,进入了一个革命性的崭新阶段。
哥伦比亚大学的莱德曼、施瓦茨、斯坦博格等人,想到可以用加速器来产生中微子。
他们在纽约长岛的布鲁克海文的国家实验室里,用15 GeV的质子束打击铍靶,从而产生π介子束流。
π介子在飞行中衰变,产生μ子,同时放出一个中微子。
他们将束流通过很大质量的铁,以致大部分的μ子都被吸收掉,而中微子却可以畅通无阻地穿过,从而获取相当纯的中微子束流。
然后,他们将中微子束流注人火花室,观察到所产生的新μ子。
这些反应过程,可以用如下的表达式表示:π+→μ+νν+n→μ+p而β衰变所产生的中微子却是按照不同的反应过程:ν+n→e-+p这说明,π介子衰变成μ子所产生的中微子与β衰变所产生的中微子是两种不同类型的中微子.换句话说,中微子至少有两种,一种是电子型,一种是μ子型。
这样一来,神秘的中微子不仅被探测到了,而且还发现了具有分别与电子与μ子相关的两种属性.这一杰出的发现,为不久以后中性流的发现与弱电统一理论的建立,奠定了基础.他们由于用中微子束方法和通过发现μ子型中微子而验证轻子的二重态结构,为研究物质最深层结构和动态开创了崭新的机会。
这项获奖的研究成果,使妨碍弱力研究取得进一步进展的两大障碍消除了。
在这以后的1963年,欧洲核子研究中心(CERN)用充满液态氟利昂的泡室,也证实了这一发现。
时至今日,人们已经确信,轻子至少有六种,即电子与电子型中微子,μ子与μ子型中微子,τ子与τ子型中微子以及它们的反粒子,总共十二个,并可分为三代,而且,这六种轻子和六种夸克之间,也有一一对应的关系,它们的内部结构,也存在一定的联系。
1995年,第六种夸克——t夸克(或称顶夸克)也被实验发现。
当人们回顾这种轻子与夸克的“代”的概念的形成与发展时,人们不得不承认,1988年诺贝尔物理学奖的获得者们在这方面是做出了杰出贡献的。
这三位科学家能荣获1988年诺贝尔物理学奖,不是偶然的。
他们几十年如一日,孜孜不倦地研究,这是他们富有天才的想象力与创造性的结晶。
1962年的这项成就,只是他们在高能物理领域的研究工作众多的建树中的一个代表作而已。
施瓦茨1932年11月2日出生于纽约,1953年毕业于哥伦比亚大学,在那里受教于拉比、斯坦博格和李政道,并留在哥伦比亚大学任教。
这三位大师对他都有很深的影响。
还有就是与莱德曼的合作。
1966年,施瓦茨转到斯坦福大学,那里有一台新加速器刚刚完工。
在以后的岁月里,他投入两项主要的研究。
一项是研究长寿命中性K介子衰变中的电荷不对称性,第二项是由π介子和μ子组成的类氢原子的产生和检测。
70年代,在“硅谷”引起新的产业革命后,施瓦茨决定投入新的事业,当了数字通讯公司的总裁,这家公司主要从事数字通讯。
1991年2月,施瓦茨又回到高能物理,当了布鲁克海文国家实验室的高能和核物理部的副主任。
莱德曼1922年7月15日出生于纽约的一个移民家庭里,父亲经营一家手工洗衣房。
莱德曼从小就在纽约上小学、中学和市立学院,然后进哥伦比亚大学,1951年在哥伦比亚大学获博士学位。
他先是主修化学,由于哈尔勃(I.Halpern)和中学同学克莱因(M.J.Klein)的影响,后转学物理。
1943年毕业后在美军服役三年,1946年进入由拉比教授主持的哥伦比亚大学物理研究生院。
当时物理系正在建造一台385 MeV同步电子回旋加速器。
1948年莱德曼加入这个加速器实验室,并随加速器实验室主任布什(Booth)教授工作。
他的博士论文题目是关于威耳逊云室的建造。
这时,拉比邀请了许多专家到哥伦比亚来参加加速器的工作,共同推进这项新的课题,其中也有斯坦博格。
1951年莱德曼完成了博士论文,被邀请留下,一干就是28年。
在这里做了许多有关π介子的工作。
1958年莱德曼到欧洲核子研究中心作学术休假,工作了一年。
在那里他组织了一个小组做g-2实验。
1961年莱德曼担任Nevis实验室主任直到1978年。
1979年任费米国家加速器实验室主任,负责建造第一台超导电子同步加速器,这是当时世界上能量最大的加速器。
莱德曼是一位成果累累的实验物理学家,他在1956年就发现了中性K介子;他研究了强子碰撞中轻子对的产生,开创了实验高能物理学的新方向,最早在π-μ-e衰变过程中对李、杨宇称不守恒原理做出实验检验,和吴健雄的钴60实验同一天向《物理评论》递交论文;1965年发现反氘核;1977年发现γ粒子。
莱德曼在1989年从费米实验室退休,在芝加哥大学当物理学教授。
这一年他还被聘为依利诺斯州长科学顾问。
他协助建立教师学院,培训科学和数学教师,在这里有近二万名教师进修。
1991年他被选为美国科学促进协会会长。
斯坦博格是犹太人,1921年5月25日出生于德国的弗兰康尼亚(Franconia),由于纳粹对犹太人的迫害,他和他的哥哥被美国犹太慈善机构收录,搭乘华盛顿邮轮于1934年圣诞节抵达纽约,其时他只有13岁。
他被芝加哥贸易局谷物交易所的法罗尔(B.Faroll)先生收养,后来又被送入高中学习。
靠法罗尔资助,他的父母和小弟弟也来到美国,这样全家才得以免去一场浩劫。
全家在芝加哥安顿下来,靠经营杂货铺,以微薄收入糊口,尽管这样,他们已是十分满足,全家过着十分俭朴的生活,斯坦博格发奋读书,做一个好学生,在工业学院念了两年化学工程。
可是这时正遇经济萧条,奖学金停止了,不得不辍学,找工作做,以补家用。
对于一个20岁的青年来说,到街上找工作谈何容易,总是吃闭门羹,最后找到了一家药剂实验室洗化学设备,每周18美元,晚上再到芝加哥大学学化学,周末则帮家里看店铺。
第二年,斯坦博格从芝加哥大学得到奖学金,才得以继续完成学业。
1942年珍珠港事件爆发,斯坦博格参军,在学了几个月的电磁波理论的特殊课程之后,被送到MIT辐射实验室工作。
这里正在研制雷达轰炸制导系统,斯坦博格参加了天线组。
这里有著名的物理学家珀塞尔和施温格等人。
斯坦博格在这里有机会进修了好几门物理学的基础课程。
战后,斯坦博格回到芝加哥大学完成学业,费米、泰勒等教授都在这里,杨振宁、李政道、张伯伦是他的同学,这里有极好的学术空气。
费米的讲课清晰明了,斯坦博格从老师和同学受益颇多。
斯坦博格在选择博士论文题目时本想做一个理论题目,但似乎感到力不能及。
费米推荐他从事宇宙射线中的μ介子问题。
罗西(Rossi)和桑兹(Sands)正在从事这项工作,但没有找到预期的衰变数。
斯坦博格在对几何损失作了修正后,仍差一个因子2。
于是他就向桑兹建议,也许是由于衰变中的电子比二体衰变的能量小,可以做个实验试试。
可是桑兹没有接受他的建议。
费米则劝斯坦博格自己做这个实验,不必等待理论。
不到一年,宇宙射线实验在1948年夏天完成了。
原来μ子参与的是三体衰变,可能衰变为一个电子和两个中微子,这个实验为后来的弱相互作用概念奠定了实验基础。
1949年维克(G.C.Wick)邀请斯坦博格到伯克利加州大学当他的助教。
斯坦博格在那里大展实验才能,因为那里由麦克米兰(E.McMillan)领导兴建的电子同步加速器刚刚完工。
这使斯坦博格有可能做成π介子的光生实验,由此可确认中性π介子的存在,还可以测量π介子的平均寿命。
一部分的原因是由于斯坦博格拒绝在反共宣言上签字,斯坦博格在伯克利只呆了一年,在1950年返回哥伦比亚大学,这里的Nevis实验室380 MeV的回旋加速器已经完工。
这样就有可能进行π介子束实验。
第二年,斯坦博格和他的合作者用这种π介子束测量带电和中性π介子的自旋和宇称、测量π-π0质量之差,并研究带电π介子的散射。
当时这些实验全靠小闪烁计数器进行。
泡室技术在50年代初才由格拉塞发明。
1954年三名研究生,其中包括施瓦茨,和斯坦博格一起开始应用这一新技术进行物理研究。
正是由于斯坦博格和他的合作者把刚刚诞生的泡室技术付诸实验,从小到大,逐步试验,在方法上和设备上作了许多改进,泡室技术才得以提供有用的数据,使之发展成为成熟的技术,在以后的十几年里泡室几乎垄断了整个的粒子物理实验。
斯坦博格运用泡室,发现了三例Σ0→Λ0+γ类型的事例,从而证明了Σ0超子的存在,由此还测出了它的质量。
在以后的10年中,斯坦博格和他的合作者及学生们,建造了更多的泡室,发展了分析技术,完成了一系列实验,其中有:1957年在Λ衰变中演示了宇称不守恒;1958年演示了π介子相关宇称;1964年演示了K0中及超子衰变中的△S=△Q规则。