諾獎得主小柴昌俊的多維世界

摘 要 研究了諾貝爾獎得主小柴昌俊的科學(xué)貢獻，并從中總結(jié)了若干成功經(jīng)驗。還介紹了鮮為人知的與中日歷史問題有關(guān)的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞 諾貝爾獎 小柴昌俊 實驗高能物理 中微子 中日歷史

中圖分類號 N09∶O4

文獻標(biāo)識碼 A

2020年11月12日，日本實驗高能物理學(xué)家小柴昌俊去世。

小柴昌俊生于1926年，因為對“宇宙中微子探測”的貢獻，與戴維斯（Ray Davis Jr.）分享了2002年諾貝爾物理學(xué)獎的一半，另一半授予了對宇宙X射線探測做出重要貢獻的賈科尼（R. Giacconi）①。

小柴昌俊是一位杰出的科學(xué)家，對中微子實驗物理作出了重大貢獻，神岡和超級神岡中微子探測實驗都源自他的想法和努力。他也培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的學(xué)生，其中梶田隆章因超級神岡實驗發(fā)現(xiàn)中微子振蕩而分享2015年物理諾獎。我們對小柴昌俊的科學(xué)活動和科學(xué)貢獻非常尊重，將進行詳細(xì)研究和介紹。

另一方面，小柴昌俊的父親是留下惡名、逃脫制裁的侵華日軍軍官。我也讀到過小柴昌俊本人關(guān)于中日歷史的一些謬論，對此十分反感。他也說他表達的某些觀點是大多數(shù)日本人的觀點，所以這更值得關(guān)注和警惕。在本文后半部分，我們將談?wù)匁r為人知的、與中日歷史問題有關(guān)的內(nèi)容。

一 神岡和超級神岡中微子探測實驗

中微子是很重要的基本粒子，1930年首先由泡利（W. Pauli）預(yù)言 [1]，1956年萊因斯（F. Reines）和科萬（C. Cowan）最早在實驗中發(fā)現(xiàn)。1967年，在美國南達科他州的霍姆斯特克（Homestake，South Dakota）金礦，戴維斯探測到來自太陽的中微子，但是發(fā)現(xiàn)中微子數(shù)量只是理論預(yù)期的大約1/3[2]。

小柴昌俊認(rèn)為，戴維斯的工作代表中微子天體物理的概念形成，而他本人領(lǐng)導(dǎo)的兩個實驗代表了中微子天體物理的開始[小柴昌俊，“諾貝爾演講”，見https：//www.nobelprize.org/uploads/2018/06/koshiba-lecture.pdf。]，因為戴維斯只是探測到中微子，而小柴得到更具體的信息，比如方向、時間等等。這強調(diào)了小柴昌俊工作的創(chuàng)新意義。我們也要看到，畢竟是戴維斯首次探測到來自宇宙的中微子。

小柴昌俊領(lǐng)導(dǎo)的這兩個中微子實驗，都在神岡礦（Kamioka Mine）的地下1千米進行，位于不同的礦井里，分別叫做神岡中微子探測實驗（Kamioka NDE）和超級神岡中微子探測實驗（Super-Kamioka NDE），其中NDE現(xiàn)在理解為Neutrino Detection Experiment的縮寫，意為中微子探測實驗。但是NDE原本代表Nucleon Decay Experiment，意為核子衰變實驗。質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。

神岡礦為三井公司經(jīng)營，20世紀(jì)上半葉采礦活動大量排放鎘，造成附近水流污染，引起周圍很多居民患上痛痛病。后來停止采礦，但是冶煉廠還生產(chǎn)鋅、鉛和銀。1982年，小柴昌俊在此領(lǐng)導(dǎo)建造神岡探測器。

建好的神岡NDE探測器，表面有1/5覆蓋了光電倍增管（將光信號轉(zhuǎn)化為電信號），里面有3千噸水，造價3.5億日元;超級神岡NDE探測器的表面有2/5覆蓋了光電倍增管，里面有5萬噸水，造價100億日元。

二 始于尋找質(zhì)子衰變

最近，在我組織的一個演講和對話中，諾貝爾獎得主溫伯格（Steven Weinberg）說：“繼續(xù)安靜模式的實驗物理也是很重要的，我們可以尋找質(zhì)子衰變那樣的稀有事例，因為我認(rèn)為質(zhì)子衰變甚至有可能在我的有生之年發(fā)現(xiàn)，我希望，人們在深層地下耐心等待一大箱液體中發(fā)現(xiàn)稀有事例的實驗?zāi)軌蚶^續(xù)?！盵3]

質(zhì)子衰變超越了粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型，是大統(tǒng)一理論的預(yù)言，但是沒有實驗驗證。如果質(zhì)子真的衰變，那么普通物質(zhì)，包括我們在內(nèi)，或者說構(gòu)成我們這些普通物質(zhì)的質(zhì)子，終將在宇宙中消失。

神岡NDE原本就是這樣一個尋找質(zhì)子衰變的“安靜實驗”。神岡NDE使用了大量的純水。每個水分子中有兩個質(zhì)子，如果質(zhì)子衰變，會產(chǎn)生高速運動的帶電粒子，速度甚至超過水中的光速。這就會產(chǎn)生光的沖擊波，叫做切倫科夫輻射，類似超音速飛機產(chǎn)生的聲爆。在這種情況下，切倫科夫輻射被認(rèn)為是質(zhì)子衰變導(dǎo)致的信號。因此神岡NDE用到大量的光電倍增管，來探測切倫科夫輻射。

神岡NDE籌建之時，美國在建 Irving-Michigan-Brookhaven（IMB）探測器，目的和方法都與神岡NDE一樣，但是用7倍的水和10倍的資金，由最早探測到中微子的萊因斯領(lǐng)導(dǎo)。

小柴昌俊想出一個可以與IMB競爭的方法，就是讓每個光電倍增管對光信號特別敏感，從而可以探測到更多的質(zhì)子衰變模式。為此，濱松光學(xué)公司不惜虧損3億日元，將每個光電倍增管的直徑從通常的12.5厘米擴大到50厘米，也就是擴大到4倍。4的平方是16，因此每個光電倍增管敏感度是IMB的16倍，結(jié)果神岡NDE探測電子的能力比原計劃提高了千倍[4]。

為了將光電倍增管安裝到垂直的壁上，小柴昌俊等人也想出一個妙法，逐漸放水，安裝人員乘坐橡皮艇，從下向上依次安裝[5]。

三 改造成中微子探測器

1983年8月，神岡NDE完工后進行校驗，也就是將光子數(shù)與能量對應(yīng)起來。這是基于一種常見的宇宙線粒子，叫繆子，它進入探測器后，衰變成電子，如果電子速度超過水中光速，就導(dǎo)致切倫科夫輻射。三個月后，神岡NDE探測到很多這樣的電子，最低能量只有12兆電子伏特。

于是小柴昌俊想到，這個探測器既然能夠探測這么低的能量，就應(yīng)該可以用來探測太陽發(fā)出的中微子，因為其能量有14兆電子伏特，高于12兆電子伏特。他說，這樣擴大實驗可能性，緩解了花費納稅人錢的沉重[4]。

高速運動的中微子進入探測器的水中，碰撞水中的電子，電子在水里會高速運動，產(chǎn)生切倫科夫輻射，這樣就可以探測中微子。與未知的質(zhì)子衰變相比，太陽中微子總是存在的，因此只要適當(dāng)改造探測器，測出中微子到來時的時間、方向和能量，就能建立起中微子天體物理。

這需要安裝額外的裝置，特別是給每個光電倍增管加一個計時裝置TDC（time digitizing converter）。因此要追加1億日元。

1984年1月，在美國猶他的帕克城舉辦的“重粒子不守恒國際會議”上，小柴介紹了神岡NDE的運行情況，以及觀測太陽中微子的計劃，爭取到美國賓西法尼亞大學(xué)曼恩（Alfred Mann）教授的合作，負(fù)責(zé)TDC。小柴還首次提出超級神岡NDE的可能性。

1986年底，升級改造后的神岡NDE開始工作，英文簡稱NDE保持不變，但是更多地理解為“中微子探測實驗”。改造前后的階段分別叫做神岡I和II。1990年后，再次升級后叫做神岡III，1993年停止運行。

1996年，在距離神岡NDE所在地150米處，超級神岡NDE建成并開始工作。1991年，IMB停止工作，光電倍增管轉(zhuǎn)移到超級神岡NDE，包括萊因斯在內(nèi)的不少研究人員加入超級神岡NDE。

2002年4月，在原來神岡NDE所在的井里，建了第三代探測器KamLAND（Kamioka Liquid Scintillator AntiNeutrino Detector，神岡液體閃爍反中微子探測器），探測來自200公里外的核反應(yīng)堆產(chǎn)生的反中微子。2002年初開始采集數(shù)據(jù)。他們還探測從筑波（Tsukuba）的質(zhì)子加速器射來的中微子，叫做K2K，運行到2004年。后來又做T2K實驗，探測從東海（Tokai）的質(zhì)子加速器射來的中微子，據(jù)稱運行到今年底。

神岡NDE、IMB以及超級神岡NDE在主要探測中微子的同時，也繼續(xù)尋找質(zhì)子衰變，但是一直沒有探測到。這個負(fù)結(jié)果表明，質(zhì)子衰變的可能性比原來所知的還要小，因此，對質(zhì)子壽命的估計從至少1029年提高到至少1034年。

四 神岡NDE的實驗結(jié)果

1.超新星中微子

1987年2月23日，天文望遠鏡觀測到一個超新星爆發(fā)，代號1987A，位于17萬光年外的大麥哲倫星云。25日，小柴團隊得到消息。他們在觀測數(shù)據(jù)中找到了集中在13秒內(nèi)的11個中微子信號（原始論文[6]和諾貝爾獎資料[2002年諾貝爾物理學(xué)獎官方資料，見https：//www.nobelprize.org/prizes/physics/2002/summary/。]說是12個，但是小柴的自傳和科普書說是11個[4，5]，原因是其中有一個信號有很大可能是背景信號）。這證明了這個超新星是II型，因為I型不發(fā)出中微子。

“中微子”一詞是統(tǒng)稱，其實包括“正”中微子和反中微子。太陽中微子是“正”中微子。超新星發(fā)出的中微子是反中微子。反中微子與水中的質(zhì)子碰撞，產(chǎn)生高速運動的正電子，也發(fā)出切倫科夫輻射。

超新星爆發(fā)時，有巨量的反中微子產(chǎn)生，其中1億億個穿過了神岡探測器。短時間內(nèi)，這么多反中微子集中通過，能量又比日常的太陽中微子大得多，所以神岡NDE會意外探測到11個超新星中微子[2002年諾貝爾物理學(xué)獎官方資料，見https：//www.nobelprize.org/prizes/physics/2002/summary/。][5]。

這時神岡II剛開始運行兩個月，距小柴退休還有1個月[3]。最初，申請建神岡NDE來探測質(zhì)子衰變時，為了獲得盡量多的成果，申請書上用幾句話提到過探測銀河系內(nèi)超新星中微子的可能性。但是，銀河系內(nèi)上一次超新星爆發(fā)還是1604年，是開普勒記載的。1987A位于銀河系外，因此探測到它發(fā)出的反中微子純屬意外。

得悉神岡NDE的結(jié)果后，IMB也在數(shù)據(jù)中找到8個超新星中微子的信號。在神岡之前，意大利的勃朗峰中微子觀測臺曾錯誤聲稱，發(fā)現(xiàn)了超新星中微子，但是信號的時間早了幾個小時，后來又重新聲明，在神岡公布的信號時間，發(fā)現(xiàn)了5個中微子。

因此神岡第一個發(fā)現(xiàn)了超新星中微子。因為神岡實驗俘獲到了超新星中微子，又得到中微子振蕩的初步結(jié)果，日本教育部愉快地支持了超級神岡實驗的上馬。

2.四個結(jié)果

根據(jù)小柴昌俊2002年的諾貝爾演講（即獲獎演講）[2]，神岡NDE取得四個重要結(jié)果。

第一個結(jié)果是探測到太陽發(fā)出的中微子[7]，驗證了戴維斯的結(jié)果，而且更精確，特別是給出中微子的信息，包括到達時間、方向、能量分布[8]。時間精度達到10納秒[7]。這準(zhǔn)確表明，這些中微子確實來自太陽。

第二個結(jié)果就是超新星中微子[6]。

第三個結(jié)果是大氣中微子反常[9]。來自太空的宇宙線粒子進入地球大氣后，與大氣中的氮原子核和氧原子核碰撞，產(chǎn)生介子，介子再發(fā)生衰變，產(chǎn)生繆子和繆子型中微子。然后繆子又繼續(xù)衰變，產(chǎn)生電子、電子型中微子以及繆子型中微子。在這兩個相繼的過程中，都有繆子型中微子產(chǎn)生，而電子型中微子只在第二個過程中產(chǎn)生。所以繆子型中微子數(shù)量應(yīng)該是電子型中微子數(shù)量的兩倍。

在探測器中，繆子型中微子和電子型中微子是可以區(qū)分的，兩種中微子的數(shù)量可以分別測量出。原因是，它們的產(chǎn)生過程伴隨著電子和繆子產(chǎn)生，而繆子比電子重兩百多倍，所以二者導(dǎo)致的切倫科夫輻射情況很不一樣。

但實驗發(fā)現(xiàn)，兩者并不是兩倍關(guān)系，這叫做“大氣中微子反常”[9]。在神岡實驗中，這個結(jié)果只有4個統(tǒng)計置信度，但是后來超級神岡將置信度增加到9個以上。在高能物理實驗中，一個“發(fā)現(xiàn)”通常需要5個以上置信度。

第四個結(jié)果是大氣中微子振蕩[10]。大氣中微子反常的原因是中微子振蕩，即不同種中微子之間的轉(zhuǎn)化。在此理論解釋下，小柴團隊從繆子型與電子型中微子的數(shù)目之比，反推出大氣中微子振蕩的參數(shù)的取值范圍。這里的主要因素是繆子型中微子轉(zhuǎn)化成了第三種中微子，叫做陶子型中微子。

五 超級神岡實驗的結(jié)果

小柴昌俊在諾貝爾演講中也介紹，超級神岡NDE改進了神岡NDE的結(jié)果[小柴昌俊，“諾貝爾演講”，見https：//www.nobelprize.org/uploads/2018/06/koshiba-lecture.pdf。]。

一方面，對于太陽中微子，更精確地知道不同能量的中微子各有多少。這叫做能譜，可以給出太陽中微子振蕩的信息。而且還可以通過中微子的飛行方向，得到太陽的中微子“透視”圖，就好比醫(yī)院里的X光機給出人體的X射線透視圖。

另一方面，關(guān)于大氣中微子，得到兩種中微子數(shù)量之比與飛行方向的詳細(xì)關(guān)系。中微子振蕩的情況依賴于時間，也就是中微子飛行的距離。大氣中微子來自探測器的上下兩個方向，分別從水面和水底進入（中微子能穿透地球），所經(jīng)歷的路程大不一樣，上方只是穿過大氣層，下方經(jīng)過大氣層后，還要穿過地球。所以兩種中微子數(shù)量之比依賴于入射方向。由此可以推導(dǎo)出大氣中微子振蕩的準(zhǔn)確信息。就在小柴做諾貝爾演講的兩天前，KamLAND的實驗結(jié)果表明，正反中微子的振蕩參數(shù)一樣[小柴昌俊，“諾貝爾演講”，見https：//www.nobelprize.org/uploads/2018/06/koshiba-lecture.pdf。]。

1988年，諾貝爾物理學(xué)獎授予了發(fā)現(xiàn)繆子型中微子的萊德曼（Leon M. Lederman），施瓦茲（Melvin Schwartz）和斯坦伯格（Jack Steinberger）。小柴昌俊在自傳序言中說，據(jù)說宣布之前，1973年諾獎得主江崎告訴記者，1988年諾獎可能授予中微子的研究，結(jié)果從當(dāng)年開始，直到2002年，每年都有記者到小柴家蹲守[4]。

六 2015年的諾獎

2015年，因為“發(fā)現(xiàn)了中微子振蕩，從而說明中微子有質(zhì)量”，小柴昌俊的學(xué)生、領(lǐng)導(dǎo)超級神岡實驗的梶田隆章和領(lǐng)導(dǎo)薩德伯里中微子觀測臺（SNO）實驗的麥克唐納（Arthur B. McDonald）分享了諾貝爾物理學(xué)獎。

麥克唐納領(lǐng)導(dǎo)的SNO的探測器使用重水（普通水當(dāng)中，氫原子的原子核就是質(zhì)子，而重水中，重氫原子的原子核由一個質(zhì)子和一個中子組成）。在這個探測器中，有的碰撞過程只能被電子型中微子引起，有的碰撞過程能被任何中微子引起。這樣就可以探測電子型中微子在太陽中微子中所占的比例。2001年，SNO得到中微子振蕩的結(jié)果。一年后獲得KamLAND的證實。

而梶田隆章的獲獎工作是超級神岡NDE獲得的大氣中微子中，兩種中微子數(shù)目之比，以及由此推論的中微子振蕩。2015年的諾獎委員會關(guān)于獲獎工作的科學(xué)背景（scientific background）資料表明：“中微子振蕩的有力證據(jù)由超級神岡合作組的梶田隆章在中微子98國際會議上給出。”[2015年諾貝爾物理學(xué)獎官方資料，見https：//www.nobelprize.org/prizes/physics/2015/press-release/。]然后引用了一篇關(guān)鍵論文[11]，最后明確將這篇論文列為梶田隆章獲獎工作的關(guān)鍵論文。

可是，2002年，小柴的諾貝爾演講也介紹了這個工作，引用了這篇關(guān)鍵論文[11]，并展示了這篇論文所有作者的名字。那為什么梶田隆章還能以這篇論文再獲諾獎呢？

這是因為小柴本人諾獎的重點是太陽中微子和超新星中微子的探測。在2002年諾獎官方資料中，只是在最新信息（advanced information）的“展望”（outlook）部分，才提到大氣中微子振蕩。諾獎網(wǎng)站上的小柴簡歷里的重要論文也只列了超新星中微子和太陽中微子各一篇。2015年的諾獎官方資料中，并沒有提小柴，除了在提到戴維斯的時候，在括號內(nèi)說他與小柴及賈科尼分享2002年諾獎[2015年諾貝爾物理學(xué)獎官方資料，見https：//www.nobelprize.org/prizes/physics/2015/press-release/。]。

事實上，梶田隆章是超級神岡NDE發(fā)現(xiàn)大氣中微子振蕩的負(fù)責(zé)人。他從神岡NDE建成，就開始研究大氣中微子[5]。在諾獎官方網(wǎng)站上，梶田隆章在自傳文章中寫道：“經(jīng)過多年的計劃和建設(shè)，超級神岡實驗準(zhǔn)確地按照計劃，從1996年4月1日午夜開始取數(shù)據(jù)。那時起，我是大氣中微子分析的召集人。在超級神岡數(shù)據(jù)分析的初期，有兩個組做獨立分析。在兩個組的分析結(jié)果被確認(rèn)類似后，我們決定將兩個組合二為一。從那時起，我和波士頓大學(xué)的科恩斯領(lǐng)導(dǎo)大氣中微子分析。”[2015年諾貝爾物理學(xué)獎官方資料，見https：//www.nobelprize.org/prizes/physics/2015/press-release/。]

梶田隆章在2015年諾貝爾演講最后表示：“特別感謝在我職業(yè)生涯中，小柴昌俊和戶冢洋二（Yoji Totsuka）的持續(xù)支持和鼓勵?！睉糈Ｑ蠖彩切〔癫〉膶W(xué)生，并幫助培養(yǎng)了梶田隆章。普遍認(rèn)為，如果戶冢洋二沒有因癌癥于2008年去世，肯定能獲得諾獎。

1987年，探測到超新星中微子一個月之后，小柴昌俊退休，戶冢洋二接班[3]。神岡NDE的大氣中微子和大氣中微子論文都是在這之后發(fā)表的。后來戶冢洋二也領(lǐng)導(dǎo)了超級神岡NDE的建造和運行。2002年，美國物理學(xué)會的潘諾夫斯基實驗粒子物理學(xué)獎授予小柴昌俊、戶冢洋二和梶田隆章師徒三人。

小柴昌俊培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀的學(xué)生，建起了一個大團隊。其中，須田英博被稱作最得力助手，幫助培養(yǎng)了戶冢洋二，折戶周治被稱作長子[4]。這三人都是英年早逝。

七 核電站的反中微子

前面提到，來自太陽的中微子是“正”中微子。神岡NDE也探測到了反中微子，來自超新星。

需要補充說明的是，核電站的核反應(yīng)堆也產(chǎn)生反中微子。萊因斯和科萬最初發(fā)現(xiàn)的中微子就是來自核反應(yīng)堆的反中微子，當(dāng)時的探測方法基于反中微子與質(zhì)子反應(yīng)，產(chǎn)生正電子，與電子湮滅，發(fā)出光子，被光電倍增管探測[2]。KamLAND探測器以及中國的大亞灣核電站中微子探測器都是采用與萊因斯和科萬類似的方法。

太陽中微子的振蕩發(fā)生在電子型中微子和繆子型中微子之間，大氣中微子的振蕩發(fā)生在繆子型中微子與陶子型中微子之間。中國大亞灣核電站的中微子實驗研究了第三種中微子振蕩，發(fā)生在電子型反中微子和陶子型反中微子之間。2012年，大亞灣中微子實驗以5.2的統(tǒng)計置信度確定了振蕩參數(shù)。2020年12月12日，在完成科學(xué)使命后，大亞灣中微子實驗裝置停止工作。

八 小柴昌俊的科研道路

2005年，小柴昌俊接受過一個訪談[12]，在這個訪談中，他介紹了自己的經(jīng)歷。

小柴昌俊從東京大學(xué)大學(xué)畢業(yè)時，還不確定是否要做物理科研。他在研究生二年級時，因為認(rèn)識后來獲1965年諾獎的朝永振一郎，得到他的推薦，去羅切斯特大學(xué)留學(xué)。一年零八個月后，得到了博士學(xué)位。他的博士論文是宇宙線研究，糾正了在芝加哥大學(xué)教授沙因（Marcel Schein）的結(jié)論。

1955年開始，小柴昌俊在沙因?qū)嶒炇易隽巳瓴┦亢?。之后回日本，在東京大學(xué)核物理研究所做了兩年副教授。后又應(yīng)沙因之邀回芝加哥參加他的一個國際合作項目。幾個月后，沙因由于心臟病去世，小柴昌俊便接任項目負(fù)責(zé)工作。三年后回日本。一年后轉(zhuǎn)到東京大學(xué)物理系，開始培養(yǎng)研究生。

1969年開始，部分出于對學(xué)生就業(yè)前途的考慮，小柴的實驗探測手段從核乳膠轉(zhuǎn)到電子學(xué)探測器。他在神岡做了第一個地下實驗，探測繆子，期間培養(yǎng)了戶冢洋二。然后小柴去參加了俄國物理學(xué)家布德凱爾（G. Budker）領(lǐng)銜的位于新西伯利亞的正負(fù)電子對撞實驗。兩年后，布德凱爾得了心臟病。小柴昌俊便去參加德國漢堡的正負(fù)電子對撞實驗DASP和JADE。

這時理論家菅原直孝建議小柴在日本進行質(zhì)子衰變的探測。小柴想起在芝加哥時，曾將未用過的核乳膠膠片藏在一個巖鹽礦山洞里，以躲避宇宙線。當(dāng)時來芝加哥指導(dǎo)他們工作的意大利宇宙線專家奧恰里尼（G. Occhialini）說，如果在山洞里充滿水，用很多光電倍增管對著下面，總能發(fā)現(xiàn)點東西。雖然那時不可能有上萬根光電倍增管，但這個想法在小柴腦里停留多年，后在神岡實驗里得以實現(xiàn)。小柴曾經(jīng)說，研究人員要考慮兩三個目前不能做，但將來能實現(xiàn)的“卵”。將暫時不能實現(xiàn)的想法儲存，條件成熟后再實現(xiàn)。這是科學(xué)研究中的一個方法。于是小柴開始進行神岡NDE的建造和實驗，同時也參加歐洲核研究組織（CERN）的OPAL實驗。

小柴建造神岡NDE，在科學(xué)上的動機是尋找質(zhì)子衰變，同時為了讓低年級研究生在沒有加速器的情況下，也能開展粒子物理實驗。這種兼顧科研與人才培養(yǎng)的策略值得借鑒。小柴從東京大學(xué)退休時，將CERN的實驗和神岡實驗分別交給兩位學(xué)生，又在日本的私立學(xué)校東海大學(xué)工作了9年。從小柴昌俊的科研經(jīng)歷，我們可以看到一些成功經(jīng)驗。

他將質(zhì)子衰變探測器升級為以探測中微子探測器，而且能獨辟蹊徑，戰(zhàn)勝美國競爭者。因為探測手段優(yōu)于戴維斯的放射化學(xué)方法，給出了太陽中微子的更多信息。而且他一開始就開始計劃更大的超級神岡探測器。抓住機會，創(chuàng)造條件，及時調(diào)整方向，小柴昌俊樹立了一個很好的范例。

超新星中微子的探測有機遇和運氣的因素，因為當(dāng)時探測器剛開始工作不久。但也因為探測器建造成功，有所準(zhǔn)備，才能將機遇轉(zhuǎn)化為成功。

小柴昌俊喜歡以有限的資源獲得盡量多的研究結(jié)果。他將科學(xué)研究與人才培養(yǎng)有機結(jié)合，在課題選擇上也兼顧學(xué)生的訓(xùn)練機會。這些也值得借鑒。

九 小柴昌俊的早期經(jīng)歷

小柴昌俊在2005年的訪談中，也介紹了自己的早期經(jīng)歷[12]。

小柴昌俊四歲時，他父親再婚，前后共有5個子女。他父親是侵華日軍軍官，曾經(jīng)將全家?guī)У街袊?-除了小柴昌俊，因為希望他作為長子留在日本讀書，將來考進軍校。后來未果，因為小柴昌俊得了小兒麻痹癥。小柴昌俊也說過他“上初中一年級時就確立了考取陸軍幼年學(xué)校，投身軍旅的人生目標(biāo)”[5]。

一段時間內(nèi)，美國駐軍禁止原日本軍官工作。小柴昌俊和他姐姐負(fù)責(zé)養(yǎng)活全家。所以他學(xué)生時代忙于打工，導(dǎo)致學(xué)習(xí)成績不佳。他準(zhǔn)備考東京大學(xué)時，偶然聽到一位老師說他物理不行，發(fā)奮考進了物理系[4]。

小柴昌俊在中學(xué)時，擔(dān)任學(xué)生組織的副主席，校長天野對他印象很好。雖然小柴昌俊以自謙的口氣回憶學(xué)生時代，但是從他后來的成功來看，大概當(dāng)時在某些方面已顯示出過人之處。天野后來做了日本的教育部長。天野是學(xué)哲學(xué)的，導(dǎo)師叫朝永三十郎，是東京大學(xué)的物理學(xué)家朝永振一郎的父親。所以小柴昌俊進入東京大學(xué)物理系后，拿著天野的介紹信去認(rèn)識了朝永振一郎。朝永振一郎后來分享了1965年物理諾獎。

小柴昌俊從東京大學(xué)大學(xué)畢業(yè)時，還不確定將來是否從事科研。當(dāng)時美國羅切斯特大學(xué)物理系缺乏優(yōu)秀生源，所以通過湯川秀樹和朝永振一郎的協(xié)助，每年在日本招研究生。小柴昌俊讀研究生二年級時，得到朝永振一郎推薦，去羅切斯特大學(xué)留學(xué)。后面的故事就是一名科學(xué)家的道路。

十 小柴昌俊的父親

小柴昌俊的父親名叫小柴俊男，是有一定級別的侵華日軍軍官[見https：//baike.baidu.com/item/%E5%B0%8F%E6%9F%B4%E4%BF%8A%E7%94%B7/4937363。]。

1940年，楊成武將軍領(lǐng)導(dǎo)的淶靈戰(zhàn)役（百團大戰(zhàn)的一部分）中，小柴俊男轄下一支日軍部隊被殲滅。楊成武將軍回憶：“東團堡的殲滅戰(zhàn)，使淶源警備司令小柴俊男不寒而栗，痛心疾首。后來日本侵略軍重占東團堡，這位敗軍之將小柴俊男還大言不慚地立了一塊大石碑，兩面分別用中文和日文鍥下一首《長恨歌》……這篇為日本法西斯匪徒歌功頌德的碑文，在敘述戰(zhàn)斗的慘烈情景時，卻也襯托出我三團作戰(zhàn)的英勇，更流露出敵人對我們八路軍的刻骨仇恨。”[13]

據(jù)媒體報道，淶源縣閣院寺內(nèi)，存有侵華日軍留下的三幢碑刻，一個是《長恨歌》，一個叫《贊勛歌》，也是小柴俊男所寫，還有一個叫《文廟碑》，同樣與小柴俊男有關(guān)[13]。后來，小柴俊男升任大佐，參加過對晉察冀根據(jù)地的掃蕩，也直接參與了1943年湖南的廠窖大屠殺[侵華日軍在中國的屠殺中，廠窖大屠殺鮮為人知，但單日內(nèi)屠殺人數(shù)最多，三天內(nèi)，三萬余中國無辜百姓遭屠殺。見https：//baike.baidu.com/item/%E5%B0%8F%E6%9F%B4%E4%BF%8A%E7%94%B7/4937363。]。

有報道：當(dāng)時小柴俊男的支隊共3000余人，是包圍廠窖垸的日軍主力[5]，也是在廠窖直接行兇的4支日軍部隊之一。然而這些日軍的指揮官除了一個后來戰(zhàn)死的，都逃脫了制裁。小柴俊男在投降前已經(jīng)做到了華南派遣軍的師團長[見https：//news.sina.cn/2015-08-26/detail-ifxhcvrn0609890.d.html？from=wap。]。

小柴昌俊在自傳中提到，小柴俊男性格暴躁，愛打人，被俘后，如果不是收到小柴昌俊考取高中的消息，可能自殺[4]。戰(zhàn)后，小柴昌俊的父親坐了一年牢，便回到日本。為什么這樣一個雙手沾滿中國人民鮮血的日軍軍官，所受的“懲罰”只是坐了一年牢，便逃脫了制裁？日軍戰(zhàn)犯被釋放回到日本后，對戰(zhàn)后的日本社會（特別是對于侵略戰(zhàn)爭的態(tài)度）起了什么影響？

十一 小柴昌俊有關(guān)中日關(guān)系的一些看法

小柴昌俊2005年的訪談涉及了中日關(guān)系。小柴昌俊說：“那個時候，有個國家叫滿洲，我父親作為軍官，必須去一陣滿洲?！盵原文：“In those days there was a country called Manjuria and as an army officer， my father had to go to Manjuria for a while.”][12]

小柴昌俊稱“滿洲”為“那個時候”的“國家”，這個說法不對！1932年，日本扶持成立了傀儡政權(quán)偽滿洲國，但中國和國際社會均不承認(rèn)，而且“勢力”也只限于東北、蒙東和承德。事實上，他父親的活動范圍包括晉察冀和南方。

被問到：“您提到您父親二戰(zhàn)時期在部隊里。對于最近針對日本修改歷史教科書的抗議，在中國發(fā)生的抗議活動，您有何看法？”小柴昌俊回答說：“對于中日兩國之間的歷史，確實存在一些分歧，遺憾的是靖國神社也供奉了12或20個戰(zhàn)犯。這是中國提出批評的一個原因。我覺得靖國神社將這些頭頭與幾百萬死亡的士兵放在一起是愚蠢的。但是中國政府也太過敏，因為如果一個國家的首相參拜神社，不是他們的事情，而是那個國家的事情。這是大多數(shù)日本人的觀點?！盵原文：“It is true that there is some difference in understanding the history between the two countries and unfortunately there is a National Shrine， the Yasukuni Shrine in Tokyo that also honors about 12 or 20 war criminals. This is a reason for the Chinese attack. I feel that it is a silly thing that the Yasukuni shrine incorporated those generals together with the millions of soldiers who died in the past. But the Chinese government is also very neurotic in the sense that if another countrys minister pays a visit to such a shrine， this is not their affair， it is that other countrys affair. This is the opinion of the majority of the Japanese people.”]

小柴昌俊沒有正面回答關(guān)于教科書的問題，但是他承認(rèn)對于中日歷史，存在分歧意見。雖然他認(rèn)為不應(yīng)該將十幾個戰(zhàn)犯供在靖國神社，但是他也認(rèn)為中國不應(yīng)該批評日本領(lǐng)導(dǎo)人參拜靖國神社，意思就是不關(guān)中國的事，而且他說“這是大多數(shù)日本人的觀點”。持他這種看法的人可以想象一下，假如德國領(lǐng)導(dǎo)人向納粹表示任何敬意，世界將發(fā)生什么？事實是，日本至今沒有徹底反省軍國主義對中國及亞洲各國犯下戰(zhàn)爭罪行，所以日本領(lǐng)導(dǎo)人參拜靖國神社并不只是日本自己的事情。

被問到：“今天日本年輕人知道二戰(zhàn)時日本的歷史嗎？”小柴說：“當(dāng)然，他們知道，二戰(zhàn)期間，日本軍隊干了很多壞事。但是如果我們談?wù)搼?zhàn)士做壞事，那每個國家的戰(zhàn)士都這樣，比如美國駐軍在日本做了很多壞事。這是不合法的，但是他們對此保持沉默?！盵原文：“Of course， they learn that the Japanese army did many bad things during this period. But if we are talking about soldiers doing very bad things， that happened to every countrys soldiers， like the American occupation army did so many bad things in Japan， which can be criminalized but they kept quiet.”]將制造那么多屠殺事件的侵華日軍與戰(zhàn)后美國駐軍相提并論，這是為日本軍國主義反人類滔天罪行的開脫和狡辯。

楊振寧先生1980年在東京大學(xué)訪問時認(rèn)識了小柴昌俊，2009年邀請他來過清華大學(xué)。我將小柴昌俊去世的新聞以及他的上述言論轉(zhuǎn)告楊先生。楊先生說：“我曾經(jīng)邀請他來清華做一個演講。他來了，然后我了解到，他非常非常反華?！盵原文：“I once had invited him to give a lecture at Qinghua. He came and I learned that he was very very anti-China.”]看來，小柴昌俊在科學(xué)研究上很杰出，但是不能正視中日歷史問題。對于日本首相參拜靖國神社問題，大多數(shù)日本人的觀點是否如其所說，都值得我們注意。

戰(zhàn)后日本經(jīng)濟和科技崛起，也多次獲得科學(xué)諾貝爾獎，包括小柴昌俊師生關(guān)于中微子的這兩次。而中國的科學(xué)諾貝爾獎還寥寥。我和楊振寧先生談到這個問題時，楊先生提到，日本比中國至少早30年引進現(xiàn)代科學(xué)。

參考文獻

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[2] 施郁. 諾獎委員會的錯誤： 幽靈粒子是如何現(xiàn)身的？[J]. 2019， 71（5）： 45-49.

[3] 施郁. 物理學(xué)家溫伯格首次面向中國公眾的演講[Z]. 知識分子， 2020-11-2.

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[11] Y. Fukuda et al （Super-Kamiokande collaboration）. Evidence for Oscillation of Atmospheric Neutrinos[J]. Physical Review Letters， 1998，（81）： 1562.

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[13] 楊成武. 楊成武回憶錄[M]. 北京： 中國人民解放軍出版社， 2005. 618.

Multidimensional World of Masatoshi Koshiba

SHI Yu

Abstract： This article investigates and introduces the scientific contributions of the Nobelist Masatoshi Koshiba， as well as some material in connection with Sino-Japanese history.

Keywords： The Nobel Prize， Masatoshi Koshiba， high energy physics experiments， neutrino， Sino-Japanese history

收稿日期：2020-12-27

作者簡介：施郁，復(fù)旦大學(xué)物理系教授，研究方向為量子物理基礎(chǔ)、凝聚態(tài)物理、量子信息等。Email： yushi@fudan.edu.cn。本文部分內(nèi)容見《諾獎得主小柴昌俊如何成功探測到中微子》（施郁），載于《知識分子》2020年12月15日。