個 暗 的 、 較 冷 的 M 型 矮星 ， 距離 我們 約 600 光年 ， 它 的 質量 約 是 太陽 的 5％ ～ 10％ 。 為了 進一步 認證 這些 發現 ， 在 以後 對 Macho 的 研究 中 ， 可能 會 描繪 下 這 一 類 暗 物質 ， 也 會 解釋 在 星系 形成 的 過程 中 ， 它們 所 扮演 的 角色 。 在 此 過程 中 ， 我們 將 逐步 瞭解 暗 物質 的 秘密 。 藉著 對 那些 可能 是 暗 物質 的 不 發光 天體 的 研究 ， 如 行星 、 小 恒星 、 冷卻 了 的 白矮星 、 中子星 、 黑洞 以及 彌散 的 氣體 或 宇宙 塵埃 ， 科學家 發現 ， 這些 物體 都 是 由 重子 組成 的 。 根據 大 爆炸 模型 ， 從 宇宙 早期 高溫 、 高密 、 無 結構 的 彌散 狀態 ， 演化 到 現今 這 種 從 星系 、 星系團 到 超星 系團 的 層次 結構 ， 是 藉著 重子 結合成 中性 分子 後 ， 又 在 自身 引力 下 碎裂 完成 的 。 但是 ， 完成 這 個 過程 需要 很 長 的 時間 。 假 的 故事 發現 第二 個 愛因斯坦 * 76 * 【 第一 章 】 若 宇宙 物質 主要 是 由 重子 組成 的 ， 那麼 它 現在 還 在 形成 過程 中 ， 說不定 還 要 等待 很多 萬 年 ， 才 可能 出現 太陽系 、 地球 和 人類 ， 而且 ， 重子 的 數量 相對於 其他 粒子 來 說 ， 極其 稀少 。 所有 的 重子 加起來 ， 也 不 到 整 個 宇宙 物質 的 10％ 。 宇宙 中 如果 存在 暗 物質 ， 它們 絕不 可能 是 重子 物質 。 它們 究竟 是 什麼 呢 ？ 近年 來 ， 科學家 開始 從 粒子 物理 中 尋求 答案 。 在 眾多 候選 的 基本 粒子 之中 ， 中微子 是 呼聲 較 高 的 一 個 。 20世紀 30年代 ， 中微子 被 作為 一 種 假設 提出來 。 正 如 我們 已經 知道 的 ， 在 井然有序 的 物質 世界 中 ， 各 種 物質 的 分佈 就 像 一級級 的 階梯 一樣 ， 層次 非常 清楚 。 宏觀 層次 裏 ， 有 星球 、 星系 等 較 大 的 天體 。 而 在 肉眼 看 不 見 的 微觀 層次 裏 ， 有 分子 、 原子 、 電子 等 細小 微粒 。 科學家 認為 ， 原子 這 一 個 層次 的 物質 ， 還不是 最 微小 的 。 它們 的 下 一 級 ， 就 是 各 種 微子 ， 它們 具有 一些 相同 的 特性 ， 以 同 其他 層次 的 物質 區別開來 。 中微子 是 其中 質量 極 小 的 一 種 ， 因為 它 呈現出 不正 不負 的 中性 ， 所以 叫做 中 微子 ， 而且 在 它 的 內部 ， 還 存在 更深 層次 的 微觀 物質 結構 ， 只 是 目前 還 無法 確定 。 中微子 之所以 能夠 奪冠 ， 與 它 的 特殊 身份 是 分 不 開 的 。 有 可靠 的 證據 說明 ， 由於 中微子 小 到 幾乎 不 與 任何 物質 【 科普 ｅ 世代 】 10 __UNDEF__ Story of Light 物 之 新理 *77 * 發生 作用 ， 因此 中 微子 產生 後 攜帶 的 資訊 也 就 不會 改變 ， 堪稱 宇宙 的 「 活 標本 」 ， 藉著 探測 宇宙 深處 的 中微子 ， 可以 獲得 那些 中微子 產生 時 當時 宇宙 的 資訊 ， 哪怕 是 數十億 年 前 的 資訊 。 另外 ， 它 的 濃度 很 高 ， 是 原子 的 50億 倍 。 因此 ， 即使 一 個 中微子 的 質量 只有 電子 質量 的 十萬分之一 ， 乘上 它 的 濃度 之後 ， 總質量 將 達到 整 個 宇宙 的 90％ 。 以 遊離 狀態 、 單獨 存在 於 宇宙 中 的 中微子 ， 由於 數量 極其 巨大 ， 將 對 天體 的 運動 造成 影響 。 宇宙 微波 背景 輻射 現象 ， 正 是 因為 佈滿 宇宙 空間 的 各 種 物質 ── 其中 當然 也 包括 了 大量 看 不 見 的 微子 ── 互相 之間 發生 引力 作用 和 能量 傳遞 而 產生 的 。 因此 ， 對於 如此 重要 的 中微子 物理 研究 已經 成為 當前 粒子 物理 研究 的 尖端 焦點 。 儘管 中 微子 的 存在 早已 被 實驗 證實 ， 但 由於 它 太 微小 了 ， 觀測 儀器 分辨 不 出 它 的 形態 。 20世紀 70年代 中期 ， 當 一切 企圖 測出 中微子 質量 的 努力 落空 以後 ， 人們 普遍 認為 它 是 沒有 質量 的 。 而且 ， 如果 中微子 真的 能 對 宇宙 質量 做出 決定性 的 貢獻 ， 它 必須 具備 很 強 的 能量 ， 這 也 必須 從 觀測 上 獲得 證實 。 然而 ， 雖然 科學家 們 已經 做 了 各 種 嘗試 ， 一直 以來 卻 收穫 甚 微 。 美國 科學家 雷蒙德戴維斯 對 太陽 中 微子 探測 了 30 年 ， 的 故事 發現 第二 個 愛因斯坦 * 78 * 【 第一 章 】 結果 只 發現 了 約 2000 個 太陽 中 微子 ， 而且 還 不 到 理論 計算值 的 一半 ， 其他 中微子 跑到 哪裡 去 了 ， 科學家 百思不得其解 ， 這 就 是 有名 的 「 太陽 中 微子 丟失 之 謎 」 。 為 解開 「 太陽 中微子 丟失 之 謎 」 ， 1997年 ， 由 中 、 日 、 美 三 國 科學家 組成 的 KamLAND 實驗組 在 位於 日本 西北 神岡 1000 公尺 深 的 礦井 下 ， 建造 了 一 個 直徑 20 公尺 、 高 25 公尺 的 探測器 ， 內裝 1000 噸 液體 閃爍體 、 600 噸 礦物油 和 3000 噸 水 ， 四周 分佈 著 2000 個 50.8 公分 的 光電 倍增管 ， 開始 「 捕捉 」 中 微子 。 從 2002年 2月 開始 ， 他們 對 日本 和 韓國 的 20多 個 核電站 反應堆 產生 的 中微子 進行 了 為期 145 天 的 探測 ， 共 發現 了 54 個 中微子 ， 占 理論 計算值 的 60％ ， 大約 有 40％ 消失 了 。 實驗組 發現 ， 消失 的 中微子 變成 了 新 的 中微子 ， 由於 新 的 中微子 能量 很 低 ， 現在 的 探測儀 還 無法 探測 。 科學家 們 認為 ， 在 反應堆 中 發現 的 中微子 消失 與 太陽 中 微子 消失 的 特性 相同 ， 太陽 丟失 的 中微子 也 和 反應堆 中 的 中微子 一樣 ， 變成 了 另外 我們 還 無法 探測 的 中微子 。 因此 ， 2002年 12月 6日 Kam LAND 實驗組 正式 宣佈 ， 困擾 物理界 多時 的 「 太陽 中微子 丟失 之 謎 」 已 被 破解 。 正 是 因為 在 探測 宇宙 中 微子 上 取 了 重大 成就 ， 美國 科學家 雷蒙德戴維斯 和 日本 科學家 小柴昌俊 獲得 了 2002年 諾 【 科普 ｅ 世代 】 10 __UNDEF__ Story of Light 物 之 新理 *79 * 貝爾 物理學獎 。 無論如何 ， 暗 物質 應該 不 是 人們 想像出來 的 「 隱身人 」 。 科學家 們 繼續 在 努力 ， 爭取 揭開 暗 物質 頭 上 的 蓋頭 ， 看清 它 的 真面目 。 的 故事 發現 第二 個 愛因斯坦 * 80 * 【 第二 章 】 【 科普 ｅ 世代 】 10 Story of Light [ part 2 ] 千奇百怪 ‧ 電 與 死刑 ‧ 健康