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[[File:阿瑟.麦克唐纳2018.jpg|缩略图|center|[http://p5.so.qhimgs1.com/bdr/_240_/t01640310ee98288e3b.jpg 原图链接]]]

| 圖像說明 = 科学家

| 國籍 = 加拿大

| 别名 = Arthur B. McDonald

阿瑟·麦克唐纳(Arthur B. McDonald，1943年8月29日-)，加拿大物理学家、萨德伯里中微子天文台研究所主任。他还是女王大学戈登和帕特里夏灰色粒子天体物理主席。2015年获得诺贝尔物理学奖。

== 经历 ==

== 成果 ==

2001年8月，在麦克唐纳的领导下，依据安大略省萨德伯里中微子天文台地下2100米的检测设施的观测结果，可推论出来自太阳的电中微子振荡成为μ介子和tau中微子。麦克唐纳和戸冢洋二被授予2007年富兰克林奖章。

于是这两项实验的结果导致了一种新现象的发现--中微子振荡。而更进一步的意义还在于，曾经长期被认为是没有质量的中微子其实是有质量的。这不管是对于粒子物理学还是对于我们理解宇宙的本质都具有极重要的意义。

我们生活在一个中微子的世界里。每一秒都有数以万亿计的中微子通过你的身体。但你看不到它们，也感受不到它们的存在。中微子几乎以光速在宇宙中传播，几乎不与物质发生相互作用。那么它们究竟来自何方?

萨德伯里微中子观测站主要观测太阳产生的中微子，太阳内部的核反应过程只会产生电子中微子。它又两种观测模式，要么只能测定电子中微子的数量，要么能够测定全部三种中微子的总信号数量，但不能进行具体的相互区分。结果显示这里测得的电子中微子数量少于预期，但中微子总数与理论预期相符。因此，在从太阳到地球的路途中，电子中微子必定发生了变化。

其中一些中微子是在宇宙大爆炸中产生的，其他则产生于空间或地球上的各种不同过程之中--从恒星衰亡时的超新星爆发，到核电站内的反应堆，以及自然发生的放射性衰变过程等等。甚至在我们的身体内部，平均每秒也有超过5000个中微子在钾的同位素衰变过程中被产生出来。在抵达地球的中微子中，大部分都源自太阳内部的核反应过程。在整个宇宙中，中微子的数量仅次于光子，是宇宙中数量最多的粒子之一。

但人们还需要等待大约1/4个世纪才能真正等来中微子被真正发现的日子。机会出现在1950年代，当时由于核电站的建设，大量中微子从中产生。在1956年6月份，两名美国物理学家弗雷德里克·莱因斯(Frederick Reines，1995年诺贝尔奖获得者)以及克莱德·科温(Clyde Cowan)给泡利发去一封电报--中微子在他们的探测器中留下了踪迹。这一发现证明这种鬼魅般的粒子是真实存在的。

今年的诺贝尔物理学奖授予解决了长期悬而未决的中微子之谜的几位科学家。

对此，并不缺乏各种各样的猜想--或许我们对于太阳中微子产量的理论计算有误?但有一种解释则认为这种现象产生的原因是中微子在传播过程中会发生改变。根据粒子物理学的标准模型，应当存在三种不同类型的中微子--电子中微子、μ中微子以及τ中微子。太阳只会产生电子中微子。而如果这些电子中微子在向地球传播的过程中转变成了μ中微子或τ中微子，那么地面上探测到了电子中微子数量缺失之谜也就可以解释了。

然而对于中微子的这种转变仍然只能停留在猜想阶段，直到更加复杂的大型设施投入运行之后情况才开始有所改观。在地下深处，巨大的探测设施昼夜不停地搜寻着中微子的踪迹。之所以将探测设施建设在地下，是想要避开来自宇宙射线以及自然环境中天然放射性衰变过程的影响。但即便如此，要想从数以十亿计的干扰信号中识别出少数几个真实的中微子信号仍然是一项巨大的挑战。甚至是地下矿井中的空气以及用来作为探测器的矿物材料中含有的微量元素发生的衰变过程都会干扰实验的结果。

绝大部分的中微子会直接穿过这个水池，但非常偶尔的情况下会有一些中微子正好与水分子中的氢原子核或电子发生碰撞，而一旦发生这样的碰撞就会产生带电粒子。在这些带电粒子的周围会产生微弱的蓝色闪光。这就是所谓的"切伦科夫光"，它是粒子运动速度超过光速时才会产生的现象。但这显然不符合爱因斯坦的相对论，该理论指出，任何物体的运动速度都不能超越真空中的光速。 但在水中，光速下降到其最大速度的75%左右，因此有可能被这种带电粒子所超越。这种切伦科夫光的形态和强度能够告诉科学家们发生碰撞的中微子的类型以及它的来源。

在其最初两年的运行中，超级神冈探测器大约检测到5000次中微子信号。这比先前的实验中都要多得多，但在把宇宙射线产生中微子的情况考虑在内之后，则检测数字仍然少于预期。宇宙射线粒子来自于天空的各个方向，当它们与地球大气中的分子发生碰撞时就会产生大量中微子。

在地球表面的每一平方厘米面积上，每一秒都有超过600亿个中微子通过，而在其最初两年的运行中，萨德伯里微中子观测站平均每天都只能探测到3次中微子信号。这一数字大约是理论上该探测器将能够捕捉到中微子信号数量的1/3。这也就是说，2/3的中微子消失了。然而，计算三种中微子总数的信号数量则与理论预期数量相吻合。于是结论便是，在从太阳到地球的路途中，电子中微子必定发生了变化。

这两项实验确认了科学家们此前的怀疑，那就是中微子可以从一种形态转变为另一种形态。这一发现启发了许多其他许多新的实验项目并促使粒子物理学家们从新的视角思考问题。

这种古怪的行为源自中微子不同的质量。实验显示这样的质量差异极其微小。尽管从未能直接测定中微子的质量，但估算显示其质量极其微小。不过，由于中微子在宇宙中的数量极其巨大，其总质量将变得十分巨大。据估算，宇宙中所有中微子的数量加在一起几乎与整个宇宙中所有可见的恒星总质量相当。

中微子具有质量这一事实的发现对于粒子物理学具有极重要意义。粒子物理学的标准模型在描述物质微观机制方面极其成功，在过去20年间经受住了所有实验的检验。然而这一模型要求中微子必须是没有质量的。因此这两项实验的结果代表了标准模型体系中的第一个明显裂痕。现在事实已经变得越发明朗:粒子物理的标准模型不可能是描述宇宙运行的完备理论。

而在建立超越标准模型的新理论之前，还有几个关于中微子的关键问题需要解答。中微子的质量究竟是多少?为何它们的质量如此之小?