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獲得諾貝爾獎的“差生”

2020-05-11 08:43盛鼎
科學之謎 2020年3期
關鍵詞:東京大學中微子諾貝爾獎

盛鼎

諾貝爾獎是人類科學的最高榮譽,人們喜歡將諾貝爾獎的獲得者視為天才,將其神化。然而,很多諾貝爾獎獲得者其實并非神童,也非天才,甚至學習成績也不好,他們只是憑著對科學的熱愛和執著,才一步一步地走向了科學的巔峰。

日本諾貝爾獎獲得者小柴昌俊曾經是一位不折不扣的“差生”,而他的“逆襲”經歷,足以給“庸才”和“差生”們帶來激勵和啟示。

澡堂中的奮起

1926年,小柴昌俊出生于日本愛知縣,三歲時喪母,當兵的父親常年不在家。幼年的小柴昌俊缺乏管教,盡情玩耍,完全沒有“學校精英”的那種好學、上進之心,學習成績自然也不怎么樣。

中學時,小柴昌俊得了小兒麻痹癥,沒辦法再去爬山或者“破壞”農田,他遇到了人生中第一個痛苦難過的時期。在醫院里,小柴昌俊無所事事,不得不用看書來消磨時光。小柴昌俊沒有錢買自己喜歡看的書,只能有什么看什么。幸運的是,班主任金子英夫非常關心他,送給他一份不錯的禮物。那份禮物是兩本書——《物理學是怎樣產生的》,分為上、下兩卷,作者是愛因斯坦。書里介紹了物理學的方方面面,既有牛頓力學,又有相對論,以科普的方式點到即止。小柴昌俊基礎不好,書中的內容對他來說常常難以理解,但由于書籍是自己喜歡的老師所贈的禮物,他還是極為認真地讀了起來。

愛因斯坦的科普書,讓小柴昌俊對物理產生了興趣,他為自己設立了高考目標——東京大學物理系。這是一個很高的目標,只有成績排在學校前十的學生才有考中的希望。不過,小柴昌俊的家里太窮,他必須要出去兼職賺錢,進入高中后,小柴昌俊的物理成績頂多算是中等水平,沒人覺得小柴昌俊能行。

高中的第二年,12月寒冷的一天,馬上就要參加東京大學的入學考試了,小柴昌俊來到學校澡堂洗澡,聽到有人在議論自己?!靶〔窬郎蕚淇寄膫€系?”聲音來自一位同學?!靶〔窬奈锢聿恍?,所以應該不是物理?!被卦挼氖切〔癫〉奈锢砝蠋?。聽到這樣的對話,小柴昌俊覺得很窩火,暗地里想,這些家伙竟然如此看待自己。從那以后,小柴昌俊悶著頭拼命學習物理,幾乎是抱著拼死一搏的心態在學習。

三個月后,小柴昌俊成功被東京大學錄取。他在日記中寫道:“阿基米德是在魚缸中發現阿基米德定律的,而我是在澡堂的水蒸氣中奮起的?!?h3>不那么差的學生

東京大學是考上了,可小柴昌俊依然很窮,他還是要不停地做兼職。結果,小柴昌俊的整個大學時期,幾乎沒怎么正經上課,他的成績十分慘淡,常常倒數第一。不知不覺到了大四,小柴昌俊看著自己慘不忍睹的成績單,感覺自己恐怕是“畢業即失業”。沒別的辦法,考研吧。小柴昌俊找到了日本理論物理學家山內恭彥,希望能夠成為他的研究生。說起來,山內恭彥也算是獨具慧眼,他覺得小柴昌俊雖然成績差,但很大原因是由于貧窮所迫,所以他答應了這位差生的請求。

為了讓小柴昌俊可以盡快趕上來,山內恭彥希望幫助這位差生申請到湯川獎學金。湯川獎學金是1949年諾貝爾物理學獎得主湯川秀樹為優秀研究生設立的獎學金,獎金豐厚,足以應付東京大學的讀研學費。在山內恭彥的嚴格指導下,小柴昌俊盡力寫出了一篇理論物理學論文——《μ粒子的核相互作用》。經過多次計算、退稿、修改,再加上山內恭彥的推薦,論文終于獲得了通過。小柴昌俊也幸運地得到了湯川獎學金。

在東京大學待了兩年,小柴昌俊前往美國羅切斯特大學攻讀博士學位,轉而研究宇宙射線。美國的日子很舒服,因為那里除了學費全免外,每月還有108美元的生活費,這在當時相當于日本副教授的工資。小柴昌俊生平第一次過起了衣食無憂的生活,他注意力高度集中,心無旁騖,刻苦學習。這一專注的狀態一直保持到他完成畢業論文《宇宙射線中的超大能量現象》。

從開始做研究到取得博士學位,小柴只用了一年零八個月,這是羅切斯特大學有史以來的最短記錄。博士畢業后,小柴昌俊應邀到芝加哥大學任教,后來還主持了多次宇宙射線的國際合作項目?;仡欁约鹤x研以及留學美國的生涯,小柴昌俊心想:“原來,我也不是那么差?!?h3>“超級神岡”帶來諾獎

雖然小柴昌俊在美國混得不錯,但他還是于1958年回到日本,因為他感覺用英文做研究太費勁。此后,小柴昌俊就一直在東京大學原子核研究所任職,畢生致力于尋找中微子。

中微子是組成自然界的最基本的粒子,它在地球和宇宙中到處都有,但中微子的質量非常輕,不帶電,以接近光速運動,它與其他物質的相互作用十分微弱,像幽靈一樣可以到處游蕩。所以,中微子非常難以觀測,被稱為“幽靈粒子”。在很長時間內,人們對中微子是否有質量,以怎樣的速度運動等一概不知。如果能查明中微子的真實面貌,勢必能極大擴展人類對宇宙的認知。

雖然中微子行蹤不定,但也不是完全無跡可尋。中微子可以在極其純凈的水里和電子碰撞,發出一種叫做“切倫科夫光”的信號。如果能捕捉到這種信號,就能進一步推斷出中微子的信息。為了探測“切倫科夫光”,又需要兩個條件。首先,要有足夠多純凈的水,越多越好,這樣才能提高中微子碰撞的概率。其次,需要提高探測器的精密度,力爭最微小的信號也可以檢測到。

為了滿足這兩個條件,1978年,小柴昌俊向日本政府提議建造大型中微子探測器——“超級神岡”探測器。經過努力,1982年,小柴昌俊和工作人員終于在神崗礦山一個深達1000米的廢棄砷礦中建成了這個探測器,其主體部分高16米、直徑15.6米、裝有3000噸水和大約1000個光電倍增管,用于探測“切倫科夫光”。隨后的幾年,小柴昌俊使用“超級神岡”研究中微子,并對探測器進行升級改造(如今,“超級神岡”主體已經是一個高41.4米、直徑39.3米的圓柱形容器,盛有5萬噸高純度的水,容器的內壁上安裝有11200個光電倍增管)。

1987年,距離地球16萬光年的一顆超新星爆發,釋放出大量中微子。數以千萬億計的中微子穿過了“超級神岡”探測器,其中僅有11個中微子被成功“捕獲”。然而,這11個中微子足以讓小柴昌俊乃至全世界沸騰,因為這是人類第一次探測到來自太陽系之外的中微子,也是世界上第一次準確記錄了中微子發生的時刻、運動方向和能量分布。所以,這絕對是一個諾貝爾獎級別的研究成果。

2002年,76歲的小柴昌俊等來了諾貝爾獎評選委員會的消息,他由于在探測宇宙中微子方面做出的開拓性貢獻而獲獎。在頒獎后召開的新聞發布會中,小柴昌俊亮出了自己大學時的成績單——除了實驗課的兩個“優”,其他科目沒有一個“優”。小柴昌俊解釋說:“實驗課之所以是‘優,是因為這種課只要簽到就可以,我非常感謝東京大學的知遇之恩”。身邊眾人都被他引得哈哈大笑。

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