科学家发现τ子（陶子）中微子存在的直接证据

美国费米国家实验室21日宣布，该实验室中来自美国、日本、希腊和韩国的科学家经过3年的合作研究，首次发现了表明τ子（陶子）中微子存在的直接证据。至此，粒子物理学标准模型中的12种基本粒子已全部被直接探测到。

参加这一研究的美国加利福尼亚大学物理学家菲利普·雅格尔接受本社记者电话采访时说，发现τ子中微子存在的直接证据具有重要意义，它使得科学家对物质基本粒子有了完整的认识。

按照粒子物理学标准模型，物质由12种基本粒子构成，它们包括6种夸克和6种轻子。夸克包括下、上、奇异、粲、底、顶6种。轻子则包括电子、电子中微子、μ子（缪子）、μ子中微子、τ子（陶子）和τ子中微子。此前，科学家通过实验陆续探测到了除τ子中微子外的其他11种基本粒子，但却一直没有发现τ子中微子存在的直接证据。

1978年，美国斯坦福大学物理学家马丁·佩尔从理论上证明了τ子中微子的存在，但由于τ子中微子不带电，又几乎不与周围物质相互作用，科学家很难直接探测到它。

1994年，雅格尔指导的一名学生——加利福尼亚大学研究生维多里奥·保罗内和费米实验室的物理学家布雷南·伦德博格提出了“τ子中微子直接观测器”的构想，这一想法得到费米国家实验室的支持。直接观测器于1996年建造完成。从1997年开始，美、日、希、韩的54名科学家用它探测τ子中微子。

科学家的具体操作过程是，用粒子加速器制造一股可能含有τ子中微子的中微子束，然后让中微子束穿过“τ子中微子直接观测器”内一个约1米长的铁板靶。这一铁板靶被两层感光乳剂夹着，感光乳剂类似于胶卷，能够“记录”粒子与铁原子核的相互作用。物理学家用3年时间从靶上的600多万个粒子轨迹中鉴定出了4个表明τ轻子存在和衰变的痕迹，而τ轻子是表明τ子中微子存在的关键线索。据科学家计算，几十万亿个τ子中微子中才能有1个与靶中的铁原子核相互作用并生成1个τ轻子，因而此次鉴定出τ轻子存在及衰变的痕迹便直接证明了τ子中微子的存在。

因发现τ轻子而荣获1995年诺贝尔物理学奖的马丁·佩尔说，证实τ子中微子的存在具有里程碑的意义。佩尔指出，费米实验室的研究开辟了一个全新的世界，科学家将有机会获得更多关于其他粒子的认识。

科学家同时表示，找到τ子中微子存在的证据并不意味着中微子物理学篇章的完成。研究人员正在探索中微子是否有质量，其结果就有可能影响粒子物理学的标准模型，并使人们对宇宙演化、构成等有更深的认识。

τ子（陶子）中微子近代物理学研究认为，物质的最小构成单位不是原子和分子，而是被称为夸克和轻子的更小粒子，它们的尺寸不足原子的十亿分之一。目前已知的夸克和轻子各有6种，所有物质都是由这12种基本粒子组成的。这也是粒子物理标准模型的主要内容。

夸克包括下、上、奇异、粲、底、顶6种。轻子也有6种，即电子、电子中微子、μ子（缪子）、μ子中微子、τ子（陶子）和τ子中微子。此前，科学家们陆续通过实验检测到了除τ子中微子外的其它11种基本粒子，但却一直没有发现τ子中微子存在的直接证据。

20世纪30年代，科学家发现原子核在衰变前后的能量不一致。瑞士物理学家泡利对此提出假设，有种新粒子“窃走了”能量。后来的发现证明泡利的假设是正确的，物理学家费米遂将这种微小的中性粒子称为中微子。中微子无处不在，以光速飞奔，却又几乎不与周围的物质发生作用。在自然界里，中微子产生于太阳内的放射性衰变过程或者宇宙射线中，它可以揭示宇宙质量及浩瀚太空中各种星体的许多奥秘。

1982年，美国费米实验室科学家用实验支持了τ子中微子存在的假设。1989年，欧洲核子研究中心科学家证实了τ子中微子是标准模型中的第三个、也是最后一个中微子，但他们无法找到直接证据。

1994年，加利福尼亚大学研究生维多里奥·保罗内和费米实验室的物理学家布雷南·伦德博格提出了“τ子中微子直接观测器”的构想，并得到了费米国家实验室的支持。直接观测器于1996年建造完成。从1997年开始，美、日、希、韩的54名科学家用此探测τ子中微子，历时三年终于找到它存在的证据。