美國橡樹嶺國家實驗室SNS實驗
據gizmodo北京時間8月7日報道，物理學家預言了許多他們希望發生的現象，但在他們有生之年，這些現象可能都不會被發現。例如，一名物理學家就認為，在一定條件下，普遍存在但難以探測到的中微子（一種粒子）將能使整個原子核發生振蕩。考慮到探測這種現象的難度，他本人認為提出這樣的想法就夠蠢了。
但40年後，科學家宣布發現了這種現象。
科學家發現了一種探測“相幹中微子-原子核碰撞”的全新方法。早在上世紀70年代，一名物理學家就預言了中微子相互作用的可能性，一些人認為，這一發現將為未來像科幻片一樣利用中微子奠定基礎，也有人則持更謹慎的態度。但有一點是確定無疑的：物理學家認為這一結果令人激動。
伊利諾伊州費米實驗室物理學家胡安·埃斯特拉達（Juan Estrada）在郵件中表達了自己的激動。埃斯特拉達也在從事這方麵研究，但並未參與這次研究。
根據物理學定律，粒子間存在4種基本力：引力、電磁力、弱相互作用力、強相互作用力。中微子是一種特殊類型的粒子，隻通過引力和弱相互作用力與其他粒子相互影響，在目前條件下，這兩種作用力的探測相當困難。中子——原子核中的兩種粒子之一，會發生被稱作β衰變的弱相互作用，在衰變為質子的同時釋放出一個中微子和一個電子。
目前，物理學通過與上述過程相逆的過程探測中微子。一個中微子轟擊一個質子，就可能引起反β衰變，生成一個電子和一個中子，電子生成的閃光會被探測器探測到。但是，這類反β衰變本身很稀少，要捕捉到它要求使用大量液體。
麻省理工學院退休理論物理學教授丹尼爾·弗雷德曼（Daniel Freedman），是在1974年預言另外一種不同中微子相互作用的物理學家之一。他認為，除與質子相互作用外，中微子還能與整個原子核相互作用。這個過程的能量很低，因為中微子隻能通過弱相互作用力產生微弱的碰撞，但這種相互作用要多得多，因為原子核的尺寸要遠大於質子。它將使利用尺寸小得多的探測器探測中微子成為可能，而且隻需不到5萬噸水。
科勒COHERENT探測器模型
但弗雷德曼指出，“我們的方案可能有些狂妄自大，因為不可避免的相互作用率、分辨率和背景噪聲會給中微子-原子核彈性散射實驗帶來重大困難。”換句話說，他認為這種相互作用過於微弱和稀少，探測難度極大。
40年後，美國橡樹嶺國家實驗室一個物理學家團隊證明弗雷德曼是正確的。卡弗裏理論物理研究所物理學家胡安·科勒（Juan Collar）表示，“確實，這並非是不可能的。”
這次研究取得成功要歸功於特殊實驗設計和好運氣。橡樹嶺國家實驗室在進行一個名為“散變中子原”（以下簡稱“SNS”）的中子（不是中微子）實驗。在產生中子的同時，實驗還產生大量中微子。研究COHERENT的科學家就利用了這些中微子。中子可能會影響信號，但研究團隊在20英尺（6.1米）混凝土牆後的地下室中發現一個位置，能夠屏蔽除中微子之外SNS發射出的其他粒子。杜克大學物理學家、COHERENT合作研究團隊發言人凱特·舒伯格（Kate Scholberg）表示，“能在SNS找到這樣一個位置，我們真的很幸運。我擔心我們會被中子殺死，事實證明我們的擔心是多餘的。”
科勒表示，COHERENT實驗裝置從本質上說就是一塊晶體，當中微子轟擊晶格時，通過弱相互作用發生的相互作用會引起原子核振蕩，發射出可探測到的微弱光點。中子束脈衝時斷時續，可探測信號也會隨之起伏。科勒說，“我們知道中微子束何時出現，因為它每秒隻發射60次。這對我們來說太重要了。”
實驗信號
舒伯格表示，除驗證40年前的理論外，這次實驗還為預言中微子活動的猜想設定了約束條件。科勒認為，這次研究最重要的應用，是為未來更小的中微子實驗奠定了基礎，“也許未來50年後，中微子技術會普及，就像目前曾經被認為屬於絕對高科技的激光一樣。”
其他科學家也對此激動不已——其他團隊在他們的實驗室探測同樣的現象。夏威夷大學物理學家約翰·格雷戈裏·勒尼德（John Gregory Learned）說，“這次研究發現了一個獨特的過程——人人都認為存在、但卻難以被發現，這是一個巨大的成功。”但他呼籲對這一研究的前景持謹慎態度，目前認為其應用相當有限。
弗雷德曼也相當激動，“我當然非常激動，終於有人完成了我在1974年論文中提出的實驗。”(編譯/霜葉)
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