不久前，我國剛剛誕生了一項重大物理成果。大亞灣國際合作實驗首次發(fā)現(xiàn)了中微子的第三種振蕩模式，并獲得了精確的測量數(shù)值。大亞灣中微子實驗的新發(fā)現(xiàn)不僅令全世界科技工作者為之振奮。

　　最“熱”中微子

　　中微子，是構(gòu)成物質(zhì)世界的基本粒子。恒星內(nèi)部的核反應(yīng)，超新星的爆發(fā)，宇宙射線與地球大氣層的撞擊，核反應(yīng)堆的運行，以至于地球上巖石等各種物質(zhì)的衰變，都能產(chǎn)生中微子。每秒鐘，都有幾萬億個中微子自由地穿過人體。

　　雖然中微子無所不在，但是由于穿透力極強，而且?guī)缀醪慌c其它物質(zhì)發(fā)生相互作用，很難被探測到，因此它也是基本粒子中人類所知最少的一種。提出中微子存在假設(shè)的奧地利物理學(xué)家泡利甚至說：“天啊！我預(yù)言了一種永遠(yuǎn)找不到的粒子。”所以有人稱之為“幽靈粒子”。它像一只看不見的手，控制著微觀世界的基本規(guī)律。

　　小小的中微子在微觀物理粒子規(guī)律和宏觀的宇宙演化中都有著重要地位，甚至可能與宇宙中的反物質(zhì)消失之謎有關(guān)。因此，對它的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了粒子物理的范疇，是粒子物理、天體物理、宇宙學(xué)、地球科學(xué)的交叉與熱點學(xué)科。

　　經(jīng)過六十多年的科研探索，中微子研究取得了巨大進(jìn)步，先后有三次重大進(jìn)展獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。盡管如此，至今仍有許多關(guān)于中微子的謎團尚未解開。其中，首要亟需解決的問題就是精確測定中微子混合參數(shù)θ13.

　　由于這個數(shù)值的不確定性，中微子物理研究目前已經(jīng)走到了一個岔路口，如果這個值很小或者沒有，那么全世界研究中微子的科學(xué)家們將共同面臨一個尷尬局面：不知道未來中微子研究該向何方發(fā)展。可以說，θ13數(shù)值的大小決定了未來中微子物理研究的發(fā)展方向。

　　大亞灣實驗便是瞄準(zhǔn)了θ13的精確測量。因此，在大亞灣地下100米進(jìn)行的中微子實驗，受到全世界粒子物理學(xué)家的熱切關(guān)注。

　　這個難以捉摸的參數(shù)首次被精確測量，極大地振奮了國際高能物理界。實驗成功后，多個國際頂尖機構(gòu)紛紛發(fā)來賀電。

　　美國Arogonne國家實驗室物理部主任Harry Weetrs教授表示，“現(xiàn)在，我們終于可以更精確的部署未來的中微子研究計劃了”。

　　日本T2K大型粒子探測實驗的發(fā)言人表示，中微子震蕩實驗帶來的光明前景令人激動不已，“或許在我們有生之年就可以揭開物質(zhì)層次的奧秘。”

　　基礎(chǔ)研究就是這樣，或許現(xiàn)階段看似“不實用”，但卻可能成為千百年后各種重大發(fā)現(xiàn)誕生的搖籃。

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大亞灣實驗項目三號實驗大廳

圖為運行取數(shù)中的一號實驗廳

　　“拼搶”得“險勝”

　　關(guān)于這個值的測量，國際上曾提出了8個較為成熟的實驗建議，最終進(jìn)入建設(shè)階段的共有3個：中國的大亞灣實驗、法國的Double Chooz實驗和韓國的RENO實驗。

　　從一開始，我們就站在了國際競爭的跑道上。

　　在大亞灣實驗發(fā)布結(jié)果后的一周，韓國也發(fā)布了類似的實驗結(jié)果。

　　經(jīng)歷了漫長的建設(shè)過程，大亞灣實驗最后以一周的時間之差取得了領(lǐng)先，這其中，凝結(jié)著許多人辛勤的汗水，更凝結(jié)著中國科學(xué)家的智慧與遠(yuǎn)見。

　　大亞灣實驗早在2003年就提出了實驗和探測器設(shè)計的總體方案；經(jīng)過各種前期考察、論證，于2006年獲得批準(zhǔn)，正式立項；2007年10月破土動工，期間克服了重重前所未遇的困難，安全完成了核島附近3000多次爆破、3000米地下隧道和5個地下實驗廳的基礎(chǔ)建設(shè)，完成了6個中微子探測器的研制和裝配。

　　參與單位多、異地建設(shè)等因素給工程帶來了相當(dāng)大的困難。

　　為了保證安全萬無一失，隧道建設(shè)比預(yù)計延誤了約2年時間，國際上一度認(rèn)為中國不可能第一個得到實驗結(jié)果。

　　在進(jìn)度“落后”的情況下，大亞灣項目組科研、工程人員在探測器安裝、取數(shù)計算等工作上，生生“搶”回了一年時間，趕在競爭對手前第一個發(fā)表了實驗結(jié)果。

　　在時間上，比韓國RENO實驗僅僅領(lǐng)先了一個星期，大亞灣中微子實驗結(jié)果的取得充滿了“驚險”。

　　工程進(jìn)展環(huán)環(huán)相扣，往往是“牽一發(fā)而動全身”，所有工程人員為了整體進(jìn)度而加班加點已經(jīng)成為了常態(tài)。

　　甚至有一次，裝配探測器的大吊車上的一個特制螺栓壞了，為了不影響整個工程各方的施工進(jìn)度，工程人員親自坐飛機去取，在機場完成交接后馬上返回。在這種情況下，連快遞都顯得太“慢”了。

　　為了大亞灣實驗?zāi)茉缛杖?shù)，每一個“大亞灣人”都克服了種種家庭、生活上的困難，長期出差，連夜鏖戰(zhàn)。參與工程的一位工程師在工程關(guān)鍵時期每晚工作到半夜兩三點，春節(jié)后愛人來探親，他還是每天半夜兩三點才回家，兩人幾乎見不到面。結(jié)果他愛人住了幾天后，一氣之下拎包走了。

　　為了中國的科學(xué)實驗?zāi)軌蛟趪H上搶得先機，幾乎每一位參與施工建設(shè)的工程人員都默默奉獻(xiàn)了許多，在這里，他們不僅僅是在工作，而是在“為國爭光”。有一位現(xiàn)場的工作人員曾發(fā)自內(nèi)心地說“小時候想當(dāng)科學(xué)家，現(xiàn)在雖然當(dāng)不了科學(xué)家，但是能和科學(xué)家在一塊兒工作，我感到非常榮幸。”

　　記者在采訪的過程中，能感覺到每一位參與工程的人，在回憶起那些“苦事兒”的時候，都透著一種難掩的幸福。

　　很多參加大亞灣中微子實驗的科學(xué)家是因為熱情而加入，這個實驗寄托了他們的理想，他們自喻為“一群勤勞的螞蟻”，工作在沒有陽光、陰暗潮濕的隧道，憑著超凡的創(chuàng)造力，用智慧和勞動建造了一個美麗的科學(xué)宮殿，在中微子物理研究領(lǐng)域留下了濃墨重彩的一筆。

　　數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)是我國科研人員“搶”到的另一個先機。實驗得到的數(shù)據(jù)是在第一時間被同步傳輸?shù)奖本└吣芩兔绹模罱K是中國首先出了結(jié)果。并且在最終的物理結(jié)果中，雖然有中美兩方結(jié)果的相互校驗，但發(fā)表的文章中采用的正式結(jié)果是中方的。其物理分析的高速度、高水平甚至被國際上評價為“極其罕見”。

　　在一次采訪中，該實驗項目副經(jīng)理、文章執(zhí)筆者和通訊作者曹俊向記者透露這背后的“秘密”：國際合作組正式成立不久，大亞灣實驗中方的物理分析組便提前開發(fā)出了相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析軟件，并進(jìn)行了多次的模擬演練，為日后的實戰(zhàn)分析積累了經(jīng)驗，加上在緊張的數(shù)據(jù)分析沖刺階段，數(shù)據(jù)分析小組夜以繼日的努力，因此比美方先得到了高質(zhì)量的分析結(jié)果。

　　合作開“先河”

　　大亞灣實驗的獨特設(shè)計加上得天獨厚的環(huán)境優(yōu)勢，使美國能源部因此放棄自己的2個方案，轉(zhuǎn)而加入中國的大亞灣實驗，這也是美國高能物理在海外的第二大投資。

　　大亞灣中微子實驗項目共有11個經(jīng)費來源，合作單位多達(dá)38個，約有250位科學(xué)家參加試驗。

　　在這場聲勢浩大的國際合作項目中，中方毋庸置疑占據(jù)了主動。

　　得益于特殊的實驗設(shè)計并充分利用環(huán)境因素，大亞灣實驗在國際同類實驗中設(shè)計精度最高，在中微子實驗中前所未有，這其中包含了多項科技創(chuàng)新：

　　該實驗是唯一采用統(tǒng)一實驗室多模塊探測器的中微子實驗，提高了精度與可靠性，該設(shè)計得到了國際上的廣泛關(guān)注與贊同；

　　首次提出在探測器內(nèi)的上下都采用反射板，大大節(jié)省了造價；

　　首次研制了性能優(yōu)異的、基于烷基苯的摻釓液體閃爍體，解決了一直以來困擾科研人員的液閃使用壽命問題。針對摻釓液體閃爍體的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，中美等各方曾經(jīng)提出了多個方案，原則是“誰的方案好就用誰的”。經(jīng)過討論和第三方的“盲評”，中方的方案最終勝出，成為項目組一致公認(rèn)的選擇。

　　這一系列的創(chuàng)新之下取得的實驗成果，為中國的高能物理界掙得了榮譽。

　　曹俊說，眾所周知，美國人在工程方面有著很強的實力，但為什么大亞灣實驗中，各方面都是中國人做得好？他總結(jié)道，該項目的首席科學(xué)家、項目經(jīng)理，中科院高能所所長王貽芳始終強調(diào)要把大亞灣實驗“當(dāng)成我們自己的事情”、“不要等美國人”，正是在這種理念的影響下，每個參與人員都把整個實驗當(dāng)作自己的事情認(rèn)真對待。

　　當(dāng)然，國際合作也給中方帶來不少的益處。王貽芳說，國際合作不僅在推動項目立項、解決關(guān)鍵經(jīng)費缺口、增強項目的國際影響力等方面給予實驗巨大的幫助之外，還加強了我們的競爭意識，大大推動了工作進(jìn)程，同時在人才培養(yǎng)方面也有好處，“在國內(nèi)就可以參與國際競爭”。

　　“過去是我們出國學(xué)習(xí)，現(xiàn)在別人來參加我們的實驗”。王貽芳表示，大亞灣實驗將我國的中微子研究帶入了國際前沿，極大地提升了我國在探測器設(shè)計和建造方面的國際聲譽，開創(chuàng)了國際合作的新局面。

　　后繼有“新”人

　　我國高能物理基礎(chǔ)相對薄弱，中微子研究在此前更幾乎是空白。曹俊曾說過，“在這次大亞灣實驗中，我們能來的科學(xué)家都來了。”

　　這其中，有一大批是年輕人。王貽芳感慨，“創(chuàng)新都是來自年輕人，年輕人在這里面做了國際上最好的工作！”

　　大亞灣實驗的團隊中不乏“80后”，甚至還有“90后”的年輕科研人員在實驗中做了重要的工作。

　　王貽芳透露，大亞灣實驗項目已培養(yǎng)博士后2名，博士19名，碩士1名，其中7人獲得“中科院三好學(xué)生”、“所長優(yōu)秀獎學(xué)金”等榮譽。此外還有多名實際參與工作的學(xué)生，也都從這個項目獲益良多。

　　大亞灣中微子實驗整個項目前后共經(jīng)歷了八年時間，項目負(fù)責(zé)人王貽芳說，建設(shè)期間國內(nèi)幾十家單位100多人，能力往一處使，老同志、中年人、年輕人，每個人都奉獻(xiàn)了很多。“整個項目沒有花俏的表面文章，經(jīng)費的使用、人員的工作，都經(jīng)得起歷史的考驗。”