March 16, 2010

鑽進地心 科學家找尋宇宙秘密

 
科學家目前正在陸地下、海洋下和世界各地實驗室孜孜不倦地研究,希望發掘宇宙的秘密,這些秘密包羅萬象,從黑暗物質到上帝的粒子,無所不包。

日本 神岡地下觀測站

科學中最弔詭的地方是一些最細微、最無所不在的物質往往必須建造一個巨大無比的儀器,才可能一窺端倪。日本神岡地下觀測站就是其中之一。觀測站坐落在一個位於地表下方一千公尺處的老礦場之中,觀測站核心是個巨大的水槽,盛裝約三千噸純水,四周大約有一千個高敏感的光偵測器。

一九三一年諾貝爾物理學獎得主鮑里預言,宇宙中一定有「微中子」,結果整整花了廿五年,才證明宇宙中果真有「微中子」存在。一九八七年二月廿三日,榮獲諾貝爾物理學獎的日本物理學家小柴昌俊使用神岡地下觀測站,偵測到一小部分微中子。原來遠方的超級新星爆炸,及太陽與星星的核融合反應,造成大批微中子逸入太空。當時約有一千兆個微中子路過地球,神岡地下觀測站卻只偵測到十二個微中子。

加拿大 索德柏立微中子觀測站

索德柏立觀測站位於地表下兩千公尺處,觀測站中心是個十二公尺寬的水槽,裝有一千噸重水。索德柏立觀測站的重水協助科學家證明,事實上微中子能以兩種以上的形式存在。

因為重水可以偵測出微中子兩種以上的形式,索德柏立觀測站證明,太陽的微中子原來是以一種形式發出,等它們傳到地球上時就轉變成其他形式。這種振動現象正好解釋,為什麼其他微中子偵測器所偵測到的微中子量一直不如預期多。因此索德柏立觀測站協助解開一般人稱為「太陽微中子問題」的謎。

只是一個謎剛解開,另一個謎馬上出現。根據物理法則,微中子不應從甲形式轉換成乙形式,於是又得繼續進行地下研究。

英國 布爾比「黑暗物質計畫」

約克郡北方地下一千多公尺處目前正在進行實驗,希望找尋宇宙仍未找到的質量。科學家使用地心引力定律估計,一切星球,包括恆星、行星、彗星等總質量,只占宇宙總質量的百分之十,其餘的就稱為「黑暗物質」。沒有人知道「黑暗物質」到底是啥米碗糕。

去年「英國黑暗物質計畫」在布爾比鹽礦中建造一間耗資三百一十萬英鎊的實驗室,希望率先偵測到一些「粒子」,進而解釋宇宙失去的質量。目前全世界有幾項類似的實驗在積極進行中,任何人只要率先找到這種黑暗物質,幾乎可以斷言,他就是下一位諾貝爾物理獎得主。

法瑞邊境 大型強子對撞機

為了偵測比原子還小的分子,科學家在地下建造了「大型強子對撞機」,體積之大堪稱空前。一旦建造完成,將相當於五層樓高,重約七千噸。科學家希望最終碰撞的不只是兩種質子光束,而是在比原子要小得多的夸克。科學家希望,如此一來,就可能搖出「希格斯玻子」。「希格斯玻子」人稱「上帝的粒子」,因為要了解物質和宇宙的本質,它實在太重要了。

大型強子對撞機等於可以不斷重新創造宇宙大爆炸,萬物開始同時並存的情境。大約再過三年實驗就可全速進行,屆時每秒可以監視約八百次對撞。如果「希格斯玻子」果真存在,它每天至少會出現一次。如果「希格斯玻子」不存在,物理學家就得推出新理論,解釋自然的基本法則。

【朱邦賢編譯2004/09/26 聯合報】

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