微中子天文學 - 概述
2002年，諾貝爾基金會把獎項頒發(fā)給戴維斯(Ray Davis)與小柴昌俊，以表彰他們?yōu)槭廊私⒘艘婚T全新的科學：微中子天文學。
微中子天文學 - 特性
微中子為天文學家提供了一種類似X光的透視能力，其性能比X光更強大。微中子是反應活性最差的次原子粒子，可以輕易穿透物質(zhì)，仿佛它們根本不存在，因此能夠呈現(xiàn)出恒星核心與其它隱匿于宇宙深處的奧秘。 微中子有多種型態(tài)，并且可于飛行途中變換型態(tài)。這項特殊性質(zhì)亦提供了額外的信息，透露出它們的
微中子天文學 - 實用工具
在天文學家的努力下，微中子從理論上的新奇事物，搖身一變成為探索宇宙的實用工具�？茖W家研究微中子，除了要搜集這些粒子的性質(zhì)，現(xiàn)在更用來揭露宇宙潛藏的某些奧秘。一個世紀前，天文學家建造的是大型光學望遠鏡；而今，天文學家為了看見新的事物，設計與制造出龐大的微中子望遠鏡，這些望遠鏡已經(jīng)偵測到成千上萬的微中子，還利用微中子拍攝出太陽的影像。過去的儀器很難把來自地球之外的與源自地球高層大氣的微中子區(qū)隔開來，但到了明年此時，這些儀器應該已經(jīng)有能力做到這件事情。
在研究太陽方面，微中子有著光子無法比擬的優(yōu)勢。當我們用光來研究太陽時，只能見得到它的表面，也就是最表層數(shù)百公里的氣體。這是因為，太陽中心的核聚變伴生了光，在傳播過程中，光不斷受到各氣層的吸收和反射，只有在穿出外層氣體后，才能自由穿越太空。然而，透過微中子這雙眼睛，我們能夠直接看到太陽中心的核聚變引擎，那是太陽內(nèi)部溫度最高的區(qū)域，只占了太陽體積的1%，微中子在此被制造出來，接著便視若無物地穿透太陽的外層。
微中子還能讓我們透視超新星的內(nèi)部，見證γ射線爆發(fā)之類的恒星爆炸事件，以及觀測到圍繞于超大質(zhì)量黑洞周邊的氣盤。目前興建中的望遠鏡，每年應可在最接近我們的約50個星系里，觀測到一顆超新星，以及數(shù)百次γ射線爆發(fā)，甚至許多根本未被注意到的奇怪天體。但就跟其它威力強大的工具一樣，我們得花些精力才能熟悉微中子的特性。
微中子天文學 - 物理學分析
對粒子物理學家而言，微中子類似電子，不過它不帶電荷，因此主導日常生活的電力和磁力對它不會發(fā)生作用。當你坐在椅子上時，電的斥力使你不會穿過椅子而跌倒；發(fā)生化學反應時，原子會交換或共享電子;當物質(zhì)吸收或反射光線時，帶電粒子會與振蕩的電磁場反應。至于不帶電的微中子則會穿透固態(tài)物質(zhì)，因此微中子在原子或分子物理中并不扮演任何角色，而且?guī)缀跏峭耆豢梢姷摹?nbsp;
已知型態(tài)的微中子會參與弱核作用，這種作用與放射性β衰變以及重元素融合有關，但除非距離極短，否則弱核力是非常微弱的。因此，微中子幾乎不與其它物質(zhì)作用。想偵測微中子，物理學家和天文學家得監(jiān)測體積龐大的物質(zhì)，尋找微中子在這些物質(zhì)中遺留下來的稀少痕跡。如果像天文學家預期的那樣，所有宇宙微中子的能量和宇宙射線(轟擊地球的質(zhì)子與離子)的能量相當，那么一立方公里的物質(zhì)才能捕獲一件清晰的樣本，最大的望遠鏡體積則與此相差不遠。
微中子天文學 - 研究價值
天文學家也假設有其它類型的微中子：惰性微中子(sterile neutrino)。這種微中子性情冷淡，甚至幾乎不與弱核力作用；重力或許是它們和宇宙中其它東西的主要連結。所以，偵測這些微中子的挑戰(zhàn)性更高。
盡管性情淡漠，微中子在這出宇宙大戲中卻是積極的參與者。它們是β衰變的重要副產(chǎn)物，而β衰變除了會加熱恒星爆炸的殘骸與行星內(nèi)部，更是恒星核聚變反應的重要步驟。大質(zhì)量恒星在生命盡頭發(fā)生內(nèi)爆所產(chǎn)生的超新星，主要類型有兩種，而微中子對其中一種的生成也扮演關鍵性的角色。內(nèi)爆將恒星核心壓縮成核子般的密度，并在10~15秒內(nèi)釋放出1058個中子。在這環(huán)境下，即便是最孤傲不群的粒子，也會被迫參與這場盛宴。在這種爆炸事件所釋放出的總能量中，微中子就占了99%，也就是說，以微中子望遠鏡進行觀測，就能看到一般望遠鏡錯失的99%的圖像，其中包括關鍵的早期演化過程�？茖W家觀測1987年超新星爆發(fā)事件所發(fā)射出的微中子，便確立了恒星坍塌的基本理論。目前的微中子望遠鏡，則可以提供恒星坍塌、反彈及爆炸的實時動態(tài)影像。
無論微中子來自何處，它們都可毫無困難地抵達地球。不管能量多寡，它們都有辦法穿透氣體與塵埃，甚至橫越整個宇宙，這是光做不到的，即便是γ射線這種能量最高的光，都會被宇宙微波背景輻射稀釋。宇宙微波背景輻射包括大霹靂遺留下來的稀薄微波，以及長久以來所累積的星光與無線電波。具有100兆電子伏特(TeV)能量的γ射線光子，最多只能穿過數(shù)千萬光年的距離。同樣的，高能宇宙射線也會受到阻擋。
因此，若要探索大自然中最高能的幾種現(xiàn)象，研究微中子是少數(shù)幾種方法之一。它們或許難以捕捉，但絕對值得一試。
