美國科學(xué)家雷蒙德·戴維斯（Raymond Davis，1914年10月14日～2006年5月31日），生于華盛頓，1942年獲美國耶魯大學(xué)化學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)為美國賓夕法尼亞大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)系名譽(yù)教授。他因?yàn)樵谔祗w物理學(xué)，特別是“探測(cè)宇宙中微子”領(lǐng)域做出的先驅(qū)性貢獻(xiàn)，獲得2002年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)1/4的獎(jiǎng)金。

基本介紹

簡(jiǎn)介

雷蒙德·戴維斯(Raymond Davis Jr., 1914-)和小柴昌俊(Masatoshi Koshiba, 1926-)因在宇宙中微子探測(cè)方面所作的貢獻(xiàn)，里卡爾多·賈科尼(Riccardo Giacconi, 1931-)因發(fā)現(xiàn)宇宙X射線源，共同分享了2002年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

由于中微子幾乎不與任何物質(zhì)發(fā)生作用，因此，盡管每秒有上萬億個(gè)中微子穿過人們的身體，但是人們很難發(fā)現(xiàn)它的蹤影。25年之后，考恩(C.L.Cowan)和萊因斯(F. Reines)領(lǐng)導(dǎo)的小組第一次通過實(shí)驗(yàn)直接證實(shí)了中微子的存在。戴維斯和小柴昌俊的工作是進(jìn)一步證實(shí)了太陽中微子的存在。元素核合成理論預(yù)言，太陽的能量來自于核聚變反應(yīng)。在核聚變反應(yīng)過程中，會(huì)放出大量中微子。

戴維斯通過ν+ 37Cl → 37Ar + e-反應(yīng)來探測(cè)中微子的，他的實(shí)驗(yàn)裝置是一個(gè)埋在胡姆斯塔克(Homestake)1500米深礦井中的裝有615噸C2Cl4液體的大容器。當(dāng)中微子與液體中的37Cl碰撞而放出電子時(shí)就轉(zhuǎn)變?yōu)?7Ar，只要探測(cè)到37Ar 的存在，就能證實(shí)中微子的存在?。戴維斯持續(xù)了30年時(shí)間，才探測(cè)到約2000個(gè)中微子。

觀測(cè)到太陽中微子就直接證明了太陽內(nèi)部確實(shí)進(jìn)行著核聚變反應(yīng)。但是，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的太陽中微子流的強(qiáng)度僅為標(biāo)準(zhǔn)太陽模型預(yù)期值的一小半，這就是30多年來人們一直在談?wù)摰摹疤栔形⒆邮й欀i”。小柴昌俊在日本神岡建造了另一臺(tái)大型中微子探測(cè)器，是一個(gè)裝有2140噸水的大容器，在水箱的周圍裝有上千個(gè)光電倍增管。中微子有可能與水中的電子或質(zhì)子相互作用，產(chǎn)生一個(gè)高能電子，這個(gè)電子可引起微弱的閃光，探測(cè)這種微弱的閃光就可證實(shí)中微子的存在。小柴昌俊的探測(cè)器探測(cè)到了來自太陽的中微子，并證實(shí)了戴維斯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。另外，小柴昌俊的探測(cè)器還探測(cè)到了1987年2月23日在大麥哲倫星云中爆發(fā)的那顆超新星所釋放出的中微子。這是人類第一次觀測(cè)到太陽以外的宇宙中微子。

科學(xué)研究

科學(xué)家認(rèn)為，探測(cè)太陽中微子幾乎是不可能的。諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)稱戴維斯是20世紀(jì)50年代唯一一位敢于探測(cè)太陽中微子的科學(xué)家。后來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，中微子可能與氯原子核發(fā)生反應(yīng)生成一個(gè)氬原子核和一個(gè)電子，探測(cè)是否生成氬原子核就可證實(shí)中微子的存在。但這種可能性非常小，諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)稱這“相當(dāng)于在整個(gè)撒哈拉沙漠中尋找一粒沙子”。為了捕獲中微子，戴維斯領(lǐng)導(dǎo)研制了一個(gè)新型探測(cè)器，它的主體是一個(gè)注滿615噸四氯乙烯液體的巨桶，埋藏在美國的一個(gè)礦井中。在30年的探測(cè)中，他共發(fā)現(xiàn)了來自太陽的約2000個(gè)中微子，并證實(shí)了太陽是靠核聚變提供燃料的。

中微子有可能與水中的氫和氧原子核發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)電子，這個(gè)電子可引起微弱 的閃光，探測(cè)這 種微弱的閃光就可證實(shí)中微子的 存在。小柴昌俊在日本領(lǐng)導(dǎo)研制的另一個(gè)中微子探測(cè)器利用的就是這一原理。他除了證實(shí)太陽中微子的存在外，還在1987年2月23日發(fā)現(xiàn)了一處遙遠(yuǎn)的超新星爆發(fā)過程中釋放出的中微子。在那次爆發(fā)過程中，估計(jì)有1億億個(gè)中微子穿過了探測(cè)器，科學(xué)家捕獲了其中的12個(gè)。

成果作用

包括太陽在內(nèi)的所有恒星都在不斷地發(fā)射各種波長的電磁波，不僅有可見光而且還有人們?nèi)庋劭床灰姷腦射線、g射線等。由于X射線很容易被地球的大氣層吸收，所以要探測(cè)來自宇宙空間的X射線，就必須把探測(cè)器放入太空中。

貢獻(xiàn)

賈科尼領(lǐng)導(dǎo)研制了世界上第一個(gè)宇宙X射線探測(cè)器“愛因斯坦X射線天文望遠(yuǎn)鏡”并首次獲得了精確的宇宙X射線圖像，第一個(gè)探測(cè)到了太陽系以外的X射線源，第一個(gè)證實(shí)了宇宙中存在X射線輻射背景，第一個(gè)探測(cè)到了可能來自黑洞的X射線。另外，他還倡導(dǎo)研制了“錢德拉X射線望遠(yuǎn)鏡”并于1999年送入太空，這對(duì)探測(cè)星系、類星體和恒星以及尋找黑洞、暗物質(zhì)的蹤跡有著非常重要的意義。

戴維斯和小柴昌俊在“探測(cè)宇宙中微子”方面取得的成就導(dǎo)致了中微子天文學(xué)的誕生；賈科尼在“發(fā)現(xiàn)宇宙X射線源”方面取得的成就同樣導(dǎo)致了X射線天文學(xué)的誕生。