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發(fā)布時(shí)間： 2016年05月09日
重大原創(chuàng)成果贏得的掌聲是經(jīng)久不息的：2012年3月8日，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所王貽芳團(tuán)隊(duì)參與的大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)國(guó)際合作組發(fā)現(xiàn)的中微子振蕩新模式，入選美國(guó)《科學(xué)》雜志評(píng)選的當(dāng)年度十大科學(xué)突破，并且，3年后的2015年11月9日，大亞灣中微子項(xiàng)目首席科學(xué)家王貽芳還憑借這一成果獲得“基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎(jiǎng)”——這也是中國(guó)科學(xué)家在國(guó)際上首次獲得這一殊榮。
這項(xiàng)重大物理成果在國(guó)際高能物理界引起熱烈反響，被譽(yù)為“開啟了未來(lái)中微子物理發(fā)展的大門”。業(yè)界同行指出，大亞灣實(shí)驗(yàn)測(cè)量到中微子混合參數(shù)θ13，將為今后中微子物理、天體物理、宇宙學(xué)等前沿科學(xué)研究提供精確的初值輸入，對(duì)基本粒子物理的大統(tǒng)一理論、尋找與鑒別新物理，甚至揭開宇宙“反物質(zhì)消失之謎”具有重要意義。
大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)到底是如何摘得這一桂冠的？
眼光
在意識(shí)到測(cè)θ13數(shù)值的重要性之后，王貽芳認(rèn)為中國(guó)絕不能錯(cuò)失這次機(jī)會(huì)，應(yīng)該積極參與其中
大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)取得成功，首先要?dú)w因于他們敏銳的眼光。
2003年冬天，當(dāng)時(shí)還是中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所一名普通研究員的王貽芳注意到，利用反應(yīng)堆中微子來(lái)測(cè)θ13已成為國(guó)際熱點(diǎn)，多個(gè)外國(guó)團(tuán)隊(duì)正打算進(jìn)行同類實(shí)驗(yàn)，一場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的賽跑正悄然展開。
中微子是構(gòu)成物質(zhì)世界的12種基本粒子之一。由于它幾乎不跟任何物質(zhì)發(fā)生作用，不容易被捕捉到，因此也成為人類迄今為止了解最少的一種基本粒子。
“然而，了解中微子卻非常重要，對(duì)它的認(rèn)識(shí)和研究將有助于揭開宇宙演變的諸多奧秘?！蓖踬O芳說(shuō)。
根據(jù)“大爆炸”理論，宇宙在誕生之時(shí)，物質(zhì)與反物質(zhì)應(yīng)該是等量產(chǎn)生的。但在過去的近百年里，人類在可觀測(cè)到的宇宙范圍內(nèi)，一直沒有發(fā)現(xiàn)宇宙中有大量反物質(zhì)存在的跡象。截至目前，科學(xué)家們認(rèn)為，反物質(zhì)已經(jīng)消失了。那反物質(zhì)到底去哪兒了？這是宇宙起源和演化中的一個(gè)重大謎團(tuán)，而中微子振蕩或許是解開這個(gè)謎團(tuán)的鑰匙。
“要解開這個(gè)謎團(tuán)，中微子混合參數(shù)θ13數(shù)值的測(cè)量將是必須跨越的一步。中微子混合參數(shù)總共有6個(gè)，之前已經(jīng)有3個(gè)半被測(cè)出了。只有對(duì)混合參數(shù)θ13完成測(cè)量之后，科學(xué)家才能進(jìn)行下一步工作?！蓖踬O芳說(shuō)。
在意識(shí)到測(cè)θ13數(shù)值的重要性之后，王貽芳認(rèn)為中國(guó)絕不能錯(cuò)失這次機(jī)會(huì)，應(yīng)該積極參與其中。于是他和同事們首先設(shè)計(jì)出了一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，然后在許多人的幫助下開始多方奔走，呼吁國(guó)內(nèi)也開展同類研究。
堅(jiān)持
王貽芳不甘心這么好的項(xiàng)目因?yàn)闆]有經(jīng)費(fèi)而“流產(chǎn)”，決定帶著實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，堅(jiān)持去做一件他們本不擅長(zhǎng)的事情——找經(jīng)費(fèi)
想法固然是好的，但真正實(shí)施起來(lái)卻困難重重。首先要過的一個(gè)難關(guān)就是申請(qǐng)立項(xiàng)獲得資金。
在大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之初，整個(gè)工程估算下來(lái)至少需要2.4億元。盡管王貽芳的方案獲得了科技部、中科院和基金委等單位的高度認(rèn)可，但卻沒有單位能批出這么多錢來(lái)實(shí)際支持這個(gè)項(xiàng)目。
“根據(jù)我國(guó)當(dāng)時(shí)的經(jīng)費(fèi)支持政策與慣例，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)的項(xiàng)目一般最多為1000萬(wàn)元；科技部的‘973’項(xiàng)目，一般上限為4000萬(wàn)元。3億元以上的項(xiàng)目可以去國(guó)家發(fā)改委申請(qǐng)大科學(xué)裝置項(xiàng)目。這意味著，4000萬(wàn)元至3億元之間的項(xiàng)目，沒有部門可以受理。我們的大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目正好處于這個(gè)‘真空地帶’?！辈芸≌f(shuō)。
曹俊回憶說(shuō)，他和王貽芳當(dāng)時(shí)決定拿出自己的人才基金，一個(gè)基金重點(diǎn)項(xiàng)目，再加上高能所特批的幾十萬(wàn)元，來(lái)湊這筆經(jīng)費(fèi)。“但就算這樣，也才只有幾百萬(wàn)元，相比上億元還是相差太遠(yuǎn)了！”
怎么辦呢？王貽芳不甘心這么好的項(xiàng)目因?yàn)闆]有經(jīng)費(fèi)而“流產(chǎn)”，決定帶著實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，堅(jiān)持去做一件他們本不擅長(zhǎng)的事情——找經(jīng)費(fèi)。
最終，在大家的堅(jiān)持和努力下，國(guó)際合作解決了8000萬(wàn)元，然后由包括科技部、中科院在內(nèi)的國(guó)內(nèi)6家單位共同出資1.57億元，這一項(xiàng)目終于在2006年5月得以正式立項(xiàng)。后來(lái)，團(tuán)隊(duì)內(nèi)部常常自我調(diào)侃：“費(fèi)了大勁才請(qǐng)來(lái)6個(gè)‘婆婆’”。
這種堅(jiān)持不放棄的精神在實(shí)驗(yàn)的各個(gè)階段都有體現(xiàn)。
大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域目前最大的國(guó)際合作項(xiàng)目。在合作初期，項(xiàng)目的主要合作方中國(guó)和美國(guó)就曾在實(shí)驗(yàn)方案上出現(xiàn)分歧。當(dāng)時(shí)，王貽芳認(rèn)為中方的方案在科學(xué)上更有優(yōu)勢(shì)，于是在一年多的時(shí)間內(nèi)，與10余位具有國(guó)際影響力的美國(guó)高能物理學(xué)家據(jù)理力爭(zhēng)，最終被大家接受。
“現(xiàn)在的科學(xué)研究，很難關(guān)起門來(lái)做。國(guó)際上各種技術(shù)的發(fā)展日新月異，不可能所有技術(shù)、所有新發(fā)現(xiàn)都是我們做出來(lái)的，我們只是很小的一部分，一起合作才能走在技術(shù)上的最前沿。”王貽芳說(shuō)，“但在合作的過程中一定要把握好度。一方面，要吸引國(guó)際上的科技隊(duì)伍來(lái)做這個(gè)事，得讓別人有發(fā)言權(quán)，讓別人覺得有主人的感覺；同時(shí)也要注意不能放棄主導(dǎo)權(quán)?！?/span>
創(chuàng)新
如果別人做了，我們?cè)僮鼍蜎]有意義了。我們要有創(chuàng)新，要有自己的特點(diǎn)
大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)基地位于廣東大亞灣核電站旁，共有3個(gè)實(shí)驗(yàn)大廳，均位于山腹內(nèi)，由水平隧道相連。每個(gè)實(shí)驗(yàn)廳內(nèi)各有一套宇宙線探測(cè)系統(tǒng)。中微子探測(cè)系統(tǒng)共有8個(gè)模塊，兩個(gè)近點(diǎn)各放置兩個(gè)，遠(yuǎn)點(diǎn)放置4個(gè)。此外還有兩個(gè)功能廳，用于液體閃爍體的混制、貯存和灌裝及水的凈化處理。
“探測(cè)中微子的中心探測(cè)器是一個(gè)直徑5米、高5米的圓桶，里面裝有液體閃爍體，總重110噸。其核心部分是液體閃爍體和光電倍增管。中微子在探測(cè)器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)后能夠激發(fā)液體閃爍體，產(chǎn)生微弱的閃爍光。光電倍增管探測(cè)到閃爍光，將它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這樣我們就探測(cè)到了中微子?！辈芸≌f(shuō)。
曹俊說(shuō)，現(xiàn)在的這個(gè)最終方案是團(tuán)隊(duì)在資金不多的情況下，發(fā)揮聰明才智設(shè)計(jì)出來(lái)的最佳方案，精度非常高，又有很多創(chuàng)新。
2003年前后，有7個(gè)國(guó)家提出了8個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，最終進(jìn)入建設(shè)階段的共有3個(gè)：中國(guó)的大亞灣實(shí)驗(yàn)、法國(guó)的Double Chooz實(shí)驗(yàn)和韓國(guó)的RENO實(shí)驗(yàn)。
面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)，王貽芳并不害怕，他有自己清醒的判斷，他要另辟蹊徑，做一個(gè)不一樣的實(shí)驗(yàn)?！皩?shí)驗(yàn)不是一天兩天就能做的，需要琢磨，我們能不能做。還有就是別人有沒有做過，如果別人做了，我們?cè)僮鼍蜎]有意義了，我們要有創(chuàng)新，要有自己的特點(diǎn)”。所以他認(rèn)為，必須根據(jù)自己現(xiàn)有的條件、技術(shù)、環(huán)境、資金等來(lái)選擇一個(gè)項(xiàng)目，走到國(guó)際最前沿。
為了讓實(shí)驗(yàn)測(cè)得更精準(zhǔn)，王貽芳當(dāng)時(shí)創(chuàng)造性地提出要放置8個(gè)一模一樣的探測(cè)器。然而，要把探測(cè)器造得一模一樣是非常困難的，何況還要造8個(gè)，這能行嗎？這個(gè)方案一提出來(lái)，便受到許多人的質(zhì)疑。
“兩個(gè)探測(cè)器之間多少肯定是會(huì)有差別的，那差多少？我當(dāng)時(shí)進(jìn)行了模擬計(jì)算，估計(jì)可以做到兩個(gè)探測(cè)器之間探測(cè)效率相差0.38%，但實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)豐富的法國(guó)團(tuán)隊(duì)說(shuō)他們只能做到0.6%，韓國(guó)團(tuán)隊(duì)說(shuō)能做到0.5%。看來(lái)要讓國(guó)際同行信服我們確實(shí)達(dá)到了這么高的精度是很困難的。因此，王貽芳提出每個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)放2到4個(gè)探測(cè)器，同一個(gè)站點(diǎn)的探測(cè)器在同樣的環(huán)境下直接比較。最終經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較，我們做出來(lái)的差別只有0.2%，比預(yù)估的還要小?！辈芸≌f(shuō)。
最終，這個(gè)最初并不被十分看好的科研團(tuán)隊(duì)只用了55天時(shí)間，便測(cè)得了中微子混合參數(shù)θ13數(shù)值和一種新的中微子振蕩模式，獲得了這場(chǎng)賽跑的最后勝利。（原標(biāo)題：中科院高能所王貽芳團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)新的中微子振蕩模式，在國(guó)際高能物理界引起熱烈反響 做，就做不一樣的實(shí)驗(yàn)（關(guān)注·他們?yōu)楹文茴I(lǐng)跑③））
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