光电倍增管|这位成绩吊车尾的诺奖获得者，于12日离开了
作者：圆的方块
编辑：Yuki
12日 ， 日本物理学家小柴昌俊于东京都内医院离世 ， 享年94岁 。
由于成功观测到超新星爆发时的中微子 ， 他获得了2002年的诺贝尔物理学奖 。
但这位成就斐然的物理学家并非天生的学霸 ， 相反 ， 在校期间他是不折不扣的“差生” 。 他出版的自传《我不是好学生》记录了他作为“差生”的往事 ， 许多为成绩单感到丧气的年轻人在他的鼓励下重新认识自己的价值 。
小柴昌俊 ， 并不是个好学生 。
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小柴昌俊 ， 图片来源：nndb.com
似乎是个悲剧的童年
小学时候 ， 小柴用石头砸政府门口的玻璃 ， 只是觉得它们摆放得太整齐 。 学校发现了这事 ， 判定小柴的“操行”评价为最低档——“丙” 。
他父亲是个军人 ， 一直实行严苛的家教 ， 想让小柴成为一名飞行员 。 但小柴本人完全没有上进心 ， 每天只想着在海边玩耍 ， 吹海风 。
没想到 ， 潮湿的海风 ， 让他病倒了 。
大病 ， 一觉醒来 ， 神志清醒 ， 但身体不受控制 。
检查之后 ， 是小儿麻痹 。
命运转折于一次泡澡
虽然战胜了病魔 ， 但小柴还是烙下了病根——右胳膊不好使了 。
因为残疾 ， 当不了军人 ， 所以只能继续上学 。
好不容易考进了高中的小柴 ， 却由于家里穷 ， 不得不打工挣钱 。 他身体受限 ， 好在脑子灵光 ， 就给人当家庭教师 ， 一口气接了三四个活 。 成绩也理所当然地直线下降 。
更糟的是 ， 马上就要迎来东京大学的入学考试了 。 小柴昌俊毫无目的 ， 不知道下一步去哪 。
直到一天 ， 他来宿舍澡堂洗澡 。
蒸腾的水汽中 ， 他忽然听到有人在议论自己 。
“小柴君准备考哪个系？”声音来自一位同学 。
“他物理不行 ， 所以可能是哲学或文学吧 ， 反正不是物理……”回话的是就是小柴的物理老师 。
当时的东大物理系只有学习成绩非常好的学生才敢报考 。 小柴的成绩全校中游 ， 本就是毫无希望 。
可物理老师的这番话 ， 却触及了小柴的自尊心 。
于是 ， 他几乎抱着拼死一搏的心态 ， 开始玩命学习物理 。
三个月后 ， 他考上了东京大学 ， 物理系 。
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日本东京大学 ， 图片来源：jpninfo.com
倒数第一的吊车尾
大学是考上了 ， 可穷是依然穷 ， 兼职还是要做 。 于是 ， 小柴的整个大学时代 ， 几乎没怎么正经上课 。
成绩吗 ， 当然惨淡 ， 倒数第一 。
后来小柴成名之后 ， 很多人会质疑 ， 觉得不至于这么惨吧 。 但事实就是如此！小柴的成绩单上 ， 除了实验课 ， 其他没有一个优 。
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小柴昌俊的大学成绩单[1]
实验课之所以还凑活 ， 因为这是必修课 ， 不去就挂了 。
也好在这个“优” ， 后来通过实验课老师的推荐 ， 小柴居然进了研究院 ， 跟着一位名叫藤本阳一的老师 ， 做起了核胶片的实验 。 所谓的核胶片 ， 就是一种特质的相机底片 ， 可以用来记录宇宙射线 。
小柴当时只有这一个选择 ， 于是就接受了 。
开始科研吧
机缘巧合 ， 小柴所在的研究院有一个去美国留学的机会 ， 他厚着脸皮 ， 向导师要了推荐信 ， 前往美国罗切斯特大学 ， 开始研究宇宙射线 。
美国的日子很舒服 ， 因为有了奖学金 ， 每月108美元 。 这在日本 ， 可是副教授的待遇 。 小柴生平第一次过起了衣食无忧的生活 ， 于是 ， 生平第一次 ， 他开始一心钻研实验了 。
他回忆 ， 当时做研究的状态 ， 如同短跑比赛 ， 注意力高度集中 ， 顽强学习 。 在此期间 ， 他没有参加过任何派对 ， 买车也只是为了方便去野外观测站 。 这一专注的状态一直保持到他完成论文——《宇宙射线中的超大能量现象》 。
从开始实验、到取得学位 ， 小柴只用了一年零八个月 ， 这是罗切斯特大学的有史以来的最短记录 。
小柴心想 ， “似乎 ， 我也没那么差” 。
中微子
就这样 ， 小柴在物理学界也算闯出了名气 ， 美国和日本的研究所同时向他伸出了橄榄枝 。
最后 ， 他决定返回日本 ， 虽然工资只有美国的二十分之一 。 原因有二 ， 一是美国的食物太难吃 。 二是因为语言的差异 ， 跟别人吵架总是赢不了 。
返回日本后 ， 小柴将目光投向了他一生中最重要的研究对象——中微子 。
宇宙中充满了中微子 ， 1立方厘米大约有300个 。 中微子经常降落到地球上 ， 但它与其他粒子几乎不发生反应 ， 所以能穿透几乎任何物质 。 正因如此 ， 中微子非常难以观测到 ， 被称为“幽灵粒子” 。 在很长时间内 ， 人们对中微子是否有质量 ， 以怎样的速度运动等一概不知 。
20世纪中叶 ， 科学家们曾利用原子炉和加速器成功制造了人工中微子 ， 但还没有人能捕捉到天然的中微子 。 若能查明中宇宙里中微子的真实面貌 ， 就能极大丰富扩展人们对宇宙整体环境、星体的诞生和演化这一类信息 。 毫不夸张地说 ， 中微子蕴含了理解宇宙的可能 。
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虽然中微子行踪不定 ， 但也不是完全无迹可寻 。 中微子可以在极其纯净的水里和电子碰撞 ， 发出一种叫做“切伦科夫光”的信号 。 如果能捕捉到这种信号 ， 就能进一步反推出中微子的信息 。
而为了探测“切伦科夫光” ， 需要有两个基本条件：
首先 ， 要有足够多纯净的水 ， 越多越好 ， 这样才能提高中微子碰撞的概率；
另外 ， 要提高探测器的精密度 ， 力争最微小的信号也可以检测到 。
为了构建一个这样的探测器 ， 小柴来到了神冈 。
神冈探测器
选择在神冈 ， 一是因为原本这里有个地下矿坑 ， 废弃了 ， 容易改建；另一个也是因为这里的地下水质优良 ， 杂质较少 。
即便如此 ， 过滤得到纯水仍是极为艰难的工作 。 小柴特意组织了专门的研究小组来进行这一工作 。 最终 ， 神冈探测器用的水 ， 透明度达到了60米 ， 几乎是世界上最干净的水 。
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神冈探测器内部 ， 图片来源：universetoday.com
然而 ， 神冈探测器有一个先天缺陷 ， 就是矿坑体积有限 ， 至多装入3000吨的水 。 而同时期 ， 神冈探测器的主要竞争者 ， 在美国的麻省理工学院（MIT） 。 美国探测器的储水量——7000吨 。
既然无法提高水量 ， 那就想办法提升探测器的精度吧 。
探测器的核心部件叫做光电倍增管 ， 其外形有点像老式的灯泡 。 把几千个这种光电倍增管密集排布在水池的周围 ， 以尽可能接受来自中微子的信号 。
当时 ， 世界最大的光电倍增管直径20厘米 ， MIT用的12.5厘米 。 小柴推算了一下 ， 若要对抗MIT ， 神冈探测器的光电倍增管 ， 需要达到的直径是—— 50厘米 。
科学家也要当强盗
小柴找来了当时光电倍增管的厂商——浜松光学株式会社 。
这家企业是世界顶级的光学设备生产商 。 小柴把会社的社长昼马辉夫请了过来 。 昼马此时还没意识到 ， 等待自己的会是什么 。
小柴开门见山 ， 说要把光电倍增管的尺寸从12.5厘米提高到50厘米 。
昼马立刻摇头：困难太大！50厘米的倍增管是无法用机器制造的 ， 只能手工制作 。 而且原本材料选择、器件设计要全部推翻重来 。
小柴提议可以提供研究人员参与开发 ， 但昼马还是极其为难 ， 毕竟这事以前没人做成过 。
他们争论了3个小时 ， 最后 ， 小柴使出了最后的手段 。
“我说 ， 社长的生日是1926年9月20日吧 ， 我们是同一年生人 ， 不过 ， 我早你一天出生 。 所以我就是你大哥！对年长者说的话 ， 要老老实实地听呦”
昼马社长一愣 ， 估计心里都蒙圈了 ， 只好说道：“那就试试看吧” 。
一年后 ， 直径50厘米的光电倍增管生产了出来 ， 精度在原有基础上提高了10倍 。 按小柴自己的话说：“哪怕月亮上有一束手电的光向地球射来 ， 它都能捕捉到 。 “[1]
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光电倍增管 ， 图片来源：OFweek.com
唯一的缺点就是贵 ， 一个要30万日元 。
小柴可是要几千个的 ， 这成本他可受不了 。 于是他又找到昼马 ， 厚着脸说：“我们支援了你们两名优秀的研究人员呢 ， 他们应该抵消一部分开发经费 。 请按成本价给我们吧” 。
如果咱们往上回翻 ， 会发现派遣研究人员 ， 这事可是小柴自己提的 。
不管怎样 ， 经过各种软磨硬泡 ， 昼马只能答应按每个13万日元的成本价卖给小柴 。
当年 ， 昼马的厂子出现了3个亿赤字 。
不过 ， 随着神冈探测器取得了一系列重大突破 ， 一举奠定了浜松光学株式会社的好名声 ， 也算打消了昼马的牢骚 。
爆炸新闻
1987年 ， 小柴的实验室生活走向了尾声 。 作为国立大学教授 ， 他的任期只到这年3月底 。 接班人都很优秀 ， 国际合作也顺利进行 ， 按说一切都很如愿 。
这份风平浪静结束于2月25日 。 当天 ， 一份传真低到了小柴手上 ， 是来自美国的合作者 ， 内容就两句：“惊人的消息！你们看到了吗！”
第二天 ， 理论学家们发布了“超新星爆炸”的大新闻 。
理论上 ， 在整个银河系 ， 每1000年 ， 才会发生10次左右的超新星爆炸 。 上一次的记录还是1604年 。
更为重要的是 ， 随着超新星的爆炸 ， 会伴随着巨大能量的释放 ， 而产生大量中微子 。
但小柴并没有特别激动 。 因为超新星爆炸有两种 ， 分别是I型和II型：I型是巨大星体晚年产生核聚变 ， II型是星体核聚变产生铁 ， 铁挤压过多产生重力衰变而生成中子星 。 只有II型的超新星才能能够观测到中微子 。
而区分本次是哪种类型 ， 神冈探测器可以做到 。
当时小柴正在伊豆旅行 ， 虽然对数据的期待相当强烈 ， 但他没有取消已经预定好的温泉 。
要稳
几天之后 ， 小柴返回实验室 ， 助手见面的第一句就是：“老师 ， 有了！”
神冈探测器 ， 在2月23日下午4点35分 ， 检测到了11个中微子信号！
但小柴却不太高兴 ， 因为在法国蒙布兰的一组研究人员 ， 报道说发现了5个中微子 ， 并且比他们提前公之于众 。
可事情有些不对劲 ， 因为这些欧洲人的观测时间 ， 比神冈的结果提前了4个小时 。
小柴决定：“如果慌张地提出我们的结论 ， 肯定会陷入哪一个是真正中微子的争论 ， 不能马虎！”
此时 ， 需要镇定 。
小柴的目标要让人们把蒙布兰数据和神冈的比较时 ， 谁都一眼就能看到神冈是正确的！
首先 ， 小柴对全组人员下达了禁口令 ， 在最终报告完成之前 ， 任何人不可传播流言蜚语 。 甚至一位要好的采访人员打来电话 ， 试探性地询问 ， 小柴只是回复：“不要瞎猜” 。
随后 ， 全组人员马不停蹄排查了各种可能性与细节 ， 终于确定了没有问题 。 此时 ， 已经滞后了一个星期了 。 在只有第一、没有第二的科研界 ， 可想而知 ， 这一星期里 ， 小柴的组员都经历了什么 。
但小柴还是再仔细检查了一遍论文 ， 最终才发表了它 。
当然 ， 神冈赢了 。 蒙布兰修正了他们的报告 ， 同意了神冈所确认的信号时间
至此 ， 小柴终于把系的紧紧的领带结 ， 松了下来 。 此时 ， 离他退休只有20天 。
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神冈探测器检测到的中微子脉冲串[1] 。
尾声
2002年 ， 由于对中微子的研究 ， 小柴昌俊获得了诺贝尔物理学奖 。
颁奖后的采访人员招待会上 ， 小柴特地晒出了自己大学那张倒数第一的成绩单 ， 引得现场众人大笑 。
所以 ， 朋友 ， 如果你现在是倒数第一 ，
不要悲伤 ， 不要放弃 ，
努努力 ， 你也能创造出比分数更有价值的东西 。
作者：圆的方块
排版：大庆
题图来源：nndb.com
参考文献
【光电倍增管|这位成绩吊车尾的诺奖获得者，于12日离开了】[1]我不是好学生-诺贝尔奖获得者小柴昌俊的传奇人生 ， 科学出版社 ， 2008 。
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