1914年10月出生在美国的诺贝尔奖获得者雷蒙德 · 戴维斯(Raymond Davis),2006年5月31日因早老性痴呆症与世长辞,享年91岁。

戴维斯是探究恒星“心脏”的第一人,他是通过俘获在核聚变反应过程中放射出的中微子进行这一工作的,而核聚变则是太阳及其向太空发射光流的动力。据天体物理学家称,太阳每秒钟释放的中微子数量为2后面跟38个0,这意味着当你在读这篇文章的时候,数十亿的中微子以几近光的速度穿过了你的眼球。

1960年代,戴维斯进行了一项试验,他在达科他一英里深的地底下试图俘获太阳中微子,旨在了解恒星究竟是如何工作的。当时,许多人认为这是不可能的,事实上情况也差不多是如此。40年之后,这项试验的结果才被人们所认识,从而使他在2002年荣获诺贝尔物理学奖。

出生于华盛顿特区的戴维斯先后于1937年和1939年获得马里兰大学学士和硕士学位,1942年获得耶鲁大学博士学位后参加了美国陆军,复员后就职于Monsanto化学公司。1948年,他作为一名从事研究工作的化学家进入纽约长岛的国立布鲁克哈文实验室直至1984年退休。1971年至1973年间,他曾作为美国航空航天局(NASA)月球样品分析委员会委员,参与分析由“阿波罗11号”宇航员采集的月球尘土和岩石样本的工作。也正是在布鲁克哈文实验室工作期间,他便开始了对太阳中微子的研究。

中微子是宇宙中最广泛弥满的粒子之一,然而也是最难以捉摸的粒子之一。它们不带电荷,质量极其微小,能够像子弹穿过迷雾似的穿越地球。虽然早在1932年就有人预言过中微子的存在,但是,直到1956年科学家才通过实验首次发现(把探测器置于来自核反应堆的密集的粒子流中)。至少可以说,认为也许有可能探测到来自1. 5亿公里外的太阳的中微子这一个想法是乐观的。

探测中微子有点像抽彩中奖,尽管中奖的机会微乎其微,但毕竟还是有人中奖。所以,如果有中微子“撞”到探测器上,总会有一、二个可能在装置内撞上一个原子并被揭示。

2002年6月12日,美国总统布什为戴维斯颁发美国国家科学奖。

戴维斯是一位化学家,他使用内含氯原子的多个干洗液大桶作为俘获装置。当一个中微子与氯原子撞击时,氯原子即被转化为呈辐射形态的氩,然后将其取出。他的想法是通过计算辐射性氩原子的数量,可以算出有多少个中微子穿过该装置,然后再比对一下,是否与预测的太阳中微子的数量一致。当然,问题还是不少,结果只得到了一小部分预想中的氩原子。

上世纪50年代后期,戴维斯进行了第一次尝试。他在俄亥俄州一个石灰石矿的一英里深处放置了一个探测器,但就是在这样的深度下,宇宙射线也能把太阳中微子的信号搞得模糊不清。然而他毫不气馁,把实验移到南达科他州的4800英尺以下的霍姆斯塔克金矿,他在那里建了一个10万加仑容量的全氯乙烯的容器,但在最初的几年内一无所获。

当时许多科学家都认为他在做一件不可能成功的事。著名天体物理学家威廉 · 福勒(William Fowler)建议戴维斯将100个氩原子注入容器内并加以提炼,以证明他的探测装置是否可行。戴维斯照此办理,并对装置进行了精心设计,直到上世纪70年代中期,他才开始真正意义上的太阳中微子探测工作,只是发现的中微子数量只是预期中的三分之一。

从理论上说,中微子是质子在太阳中心转化为中子时生成的,产生的一系列反应将4个质子(氢核子)转化为一个氦核子(由2个质子和2个中子组成)。中微子从太阳中心到达地球的时间为8分钟,同时也生成了光子。光子在开始自己的8分钟行程前,要用10万年的时间才能折射回太阳表面。所以,我们现在看到的太阳表面是史前时期在其中心所发生的反应的结果。对比之下,中微子显示的却是即时的情况(中微子的这一缺陷曾引起某些人的猜测,以为太阳核已经燃尽,能源危机即将发生)。

有些人质疑戴维斯是否真的对他的实验那么有把握,另一些人则猜测中微子在行进的途中发生了某种情况,导致戴维斯所探测到的中微子数量减少。现在我们知道的情况是这样的:长期以来被认为是没有质量、以光速行进的中微子,其实有小小的质量,其行进的速度小于光速。受其影响,致使戴维斯所探测到的中微子的数量与预期的不符。一旦把质量与行进速度考虑进去,戴维斯所探测到的中微子数量与天体物理学家所预料的是一致的。因此,戴维斯不但是探测太阳中微子的第一人,而且他还是第一个提供线索说明中微子是有一定质量的(1987年,他探测到了来自一颗超新星的中微子)。

今天,科学家们在几个特定区域的地下设置了探测装置,以俘获来自远处加速器实验室如欧洲粒子物理研究所的中微子,希望能解开中微子质量之谜。这些探测器也同时俘获太阳中微子,对太阳的聚变反应进行定量测定,同时这些探测器也在等待来自下一个超新星的中微子。这样,在戴维斯的遗产中派生出了一个全新的科学门类,这就是中微子天文学。

戴维斯从国立布鲁克哈文实验室退休以后,到宾州大学担任研究教授,是一个终身职业,这使他能将太阳中微子的研究继续进行下去。他是美国科学院院士,曾多次获奖。他的妻子安娜比他早逝,有3个儿子和2个女儿。

左图为1967年戴维斯(右)和同事盖哈特 · 弗瑞兰德(Gerhardt Friedlander)在霍姆斯塔克(Homestake)金矿下的中微子探测装置的泵房内。正是通过这个深埋地底的探测器,戴维斯在30多年里探测到来自太阳的约2000个中微子,并终于在2002年获得了诺贝尔物理学奖。右图为晚年的戴维斯。