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「Why is this so late?」有望獲得諾貝爾獎,卻被死神奪走桂冠的物理學家考恩

「Why is this so late?」有望獲得諾貝爾獎,卻被死神奪走桂冠的物理學家考恩
弗雷德里克.雷恩斯(左)、克萊德.洛蘭.考恩(右) 。Photo Credit: Wikimedia Commons

我們想讓你知道的是

美國物理學家克萊德.洛蘭.考恩與弗雷德里克.雷恩斯共同證實了微中子的存在,但只有後者獲得諾貝爾獎的殊榮。當1995年當雷恩斯得獎時,《巴爾提摩太陽報》還去訪問考恩的遺孀,他的遺孀自述聽到這消息的第一個反應是「Why is this so late?」因為距離他們的實驗完成已經接近40年了!

該反應堆的微中子通量為每秒每平方厘米5×1013個微中子,遠遠高於其他放射源所能達到的任何通量。1951年雷恩斯和考恩開始了這個著名的考恩-雷恩斯微中子實驗(Cowan-Reines neutrino experiment)。他們使用了一個由兩個水箱組成的探測器,在水中的質子中提供了大量的潛在目標。使用水的理由是水分子由一個氧和兩個氫原子組成,水分子有兩個質子,這些質子可以作為反微中子的目標,因此簡單的水就可以當作主要的檢測材料。

氫原子在水中的結合非常弱,以至於它們可以被視為微中子相互作用的自由質子。 微中子與較重的原子核(具有多個質子和中子的原子核)的相互作用機制更為複雜,因為組成的質子在原子核內緊密結合。在微中子與水中的質子相互作用的極少數情況下,會產生中子和正電子。

通過將水箱夾在裝滿液體閃爍體的水箱之間,來檢測由正電子湮沒產生的兩條伽馬射線,閃爍體材料響應伽馬射線發出閃光,這些閃光被光電倍增管檢測到。從微中子相互作用中額外檢測到中子提供了額外確認的機會。考恩和雷恩斯就通過在罐中溶解氯化鎘CdCl2來檢測中子。

鎘是一種高效的中子吸收劑,在吸收中子時會釋放出伽馬射線。在微中子與質子作用後,他們需要檢測來自正電子湮滅的兩條伽馬射線,然後在幾微秒後檢測到來自鎘吸收中子的伽馬射線。考恩和雷恩斯設計的實驗使用了兩個水箱,總共有大約200升水和大約40公斤的CdCl2。水箱夾在三個閃爍體層之間,閃爍體層包含110個5英寸(127毫米)光電倍增管。

1953年他們在華盛頓州的漢福德工廠進行了初步實驗,但在1955年末,實驗轉移到了南卡羅來納州艾肯附近的薩凡納河工廠。薩凡納河遺址對宇宙射線的防護效果更好。這個屏蔽位置距離反應堆11m,地下12m。經過數月的數據收集,累積的數據顯示探測器中每小時大約有3次微中子相互作用。

為了絕對確定他們從上述檢測方案中看到了微中子事件,考恩和雷恩斯關閉了反應堆,以表明檢測到的事件發生率存在差異。他們預測反應的橫截面約為 6×10-44 cm2,測量的橫截面為 6.3×10-44 cm2

這個結果發表在1956年7月20日的《科學》雜誌上。考恩與雷恩斯還特地在6月14日拍了電報通知在蘇黎世的包立。包立則是很帥氣地回拍電報,回覆了一段話:

Everything comes to him who knows how to wait.

有趣的是,後來雷恩斯表示,他們沒收到包立的回電!

考恩完成這個實驗後於1957年開始了他的教學生涯,當時他在華盛頓特區的喬治華盛頓大學擔任物理學教授。次年,他加入了位於華盛頓特區的美國天主教大學,並一直在那裡任職位直到他過世。1974年5月24日,考恩因突發心臟病在馬里蘭州貝塞斯達去世,享年只有54歲,他被安葬在阿靈頓國家公墓。

當1995年當雷恩斯得獎時,《巴爾提摩太陽報》還去訪問考恩的遺孀,他的遺孀自述聽到這消息的第一個反應是「Why is this so late?」因為距離他們的實驗完成已經接近40年了!不過考恩全家還是非常高興。而得獎的雷恩斯也在三年後過世,享壽80歲。

未命名
圖片來源:諾貝爾獎官方網頁
雷恩斯(圖)在1995年獲得諾貝爾物理獎,那時候考恩已經去世超過20年了。

綜觀這位科學家的功績都將名垂青史,將在整個人類知識的長河上能夠留下無法磨滅的痕跡,有沒有得到諾貝爾獎說起來也不是什麼了不得的事。只是讓各位看官當作茶餘飯後。不過,諾貝爾獎委員會的保守持重,有時似乎也顯得過分了點,讓這些科學家失去站在鎂光燈下接受他們應得的喝采,還真是令人感到遺憾呀,各位看官,您說是不是呢?

參考資料

本文經物理雙月刊授權刊登,本文為刪減版,完整文章請見此

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責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航