破解中微子未解之謎
——大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)取得重大物理成果的背后
新華社北京４月２９日電（記者 吳晶晶）在距離我國(guó)大亞灣核電站僅３６０米的地下，堅(jiān)守著這樣一群科學(xué)家，他們工作在地下１００米的寂靜巖洞里，卻是奮斗在粒子物理研究的最前沿。
他們的研究對(duì)象是物質(zhì)世界最基本的粒子之一——中微子；他們所要做的是揭開(kāi)中微子最后一個(gè)未被破解的振蕩模式，這是全世界高能物理學(xué)家都想解開(kāi)的謎。
經(jīng)過(guò)近１０年的不懈努力，大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)取得了重大成果——科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)中微子的第三種振蕩模式，并精確測(cè)出了它的振蕩幾率。這被國(guó)際科學(xué)界認(rèn)為是物理學(xué)上具有基礎(chǔ)意義的一項(xiàng)重大成就。
挑戰(zhàn)世界科學(xué)最前沿
中微子是物質(zhì)世界最基本的粒子之一，對(duì)它的認(rèn)識(shí)將揭開(kāi)宇宙演變的諸多奧秘。最近２０多年，世界上有６位研究中微子的科學(xué)家獲得諾貝爾獎(jiǎng)。
２００３年，為了測(cè)量最后一個(gè)未知的中微子混合參數(shù)，法國(guó)、日本、韓國(guó)等都競(jìng)相提出實(shí)驗(yàn)方案。由中科院高能物理研究所提出的大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)是其中之一。
“大亞灣實(shí)驗(yàn)有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)?！睂?shí)驗(yàn)項(xiàng)目副經(jīng)理、高能所研究員楊長(zhǎng)根說(shuō)，“這里鄰近大亞灣核電基地反應(yīng)堆，能獲得足夠多的中微子，附近的山還可以屏蔽絕大部分宇宙射線的干擾。”
精度高達(dá)１％的大亞灣實(shí)驗(yàn)方案從全世界８?jìng)€(gè)實(shí)驗(yàn)方案中脫穎而出。美國(guó)能源部甚至放棄支持本國(guó)的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，轉(zhuǎn)而支持美國(guó)科學(xué)家加入大亞灣實(shí)驗(yàn)。
這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)得到了科技部、中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金委、廣東省、深圳市和中國(guó)廣東核電集團(tuán)的支持，６家單位共同出資１．５７億元人民幣，加上美國(guó)等其他國(guó)家和地區(qū)的出資，使其成為我國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域最大的國(guó)際合作項(xiàng)目。
大亞灣國(guó)際合作組由來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、捷克及香港、臺(tái)灣地區(qū)的３９個(gè)研究機(jī)構(gòu)、２００余名研究人員組成。其中中方研究人員來(lái)自中科院、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、山東大學(xué)、中國(guó)原子能研究院等多家單位。此外黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司、中鐵十五局、廣東中澤重工有限公司等２０余家企業(yè)參加了項(xiàng)目的設(shè)計(jì)建設(shè)、設(shè)備制造和科研攻關(guān)等。
“大亞灣實(shí)驗(yàn)開(kāi)創(chuàng)了國(guó)家、地方政府、企業(yè)及國(guó)際合作共同支持基礎(chǔ)研究的先例，是協(xié)同創(chuàng)新的重要成果?！备吣芩L(zhǎng)陳和生院士說(shuō)。
憑實(shí)力贏得尊重
大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)由中國(guó)和美國(guó)共同領(lǐng)導(dǎo)，美方的參與人員來(lái)自伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、加州理工學(xué)院等１６家世界一流的科研院所，陣容堪稱(chēng)豪華。
“高能物理的國(guó)際合作內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，沒(méi)實(shí)力就變成光掏錢(qián)沒(méi)有話語(yǔ)權(quán)?！表?xiàng)目副經(jīng)理曹俊說(shuō)，“中國(guó)團(tuán)隊(duì)?wèi){實(shí)力贏得了尊重。”
項(xiàng)目經(jīng)理、高能所所長(zhǎng)王貽芳介紹，大亞灣實(shí)驗(yàn)“以我為主”體現(xiàn)在三個(gè)方面，一是實(shí)驗(yàn)方案全部采取了中科院高能所的設(shè)計(jì)方案；二是在項(xiàng)目建設(shè)中，牢牢地把關(guān)鍵技術(shù)掌握在自己手中；三是完整獨(dú)立地掌握了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)全部分析過(guò)程，最終發(fā)表的文章中采用的也是高能所的結(jié)果。
項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，中國(guó)科學(xué)家解決了多模塊探測(cè)器設(shè)計(jì)、水屏蔽設(shè)計(jì)、反射板設(shè)計(jì)等大量技術(shù)難題，以出色的工作贏得了國(guó)際同行的認(rèn)可和尊重。
摻釓液閃是中微子探測(cè)器的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，每當(dāng)捕捉到中微子時(shí)，它將會(huì)發(fā)出微弱的光。而讓無(wú)機(jī)物釓與有機(jī)物烷基苯穩(wěn)定混合在一起，并保持長(zhǎng)期透明，是科學(xué)界的一大難題。法國(guó)的一項(xiàng)同類(lèi)實(shí)驗(yàn)，就因?yàn)橐洪W只使用了１００天就變得渾濁，被迫終止。
當(dāng)時(shí)，項(xiàng)目組內(nèi)中美等國(guó)提出了多個(gè)方案。在第三方評(píng)議中，由中科院高能所研制出的液閃配方性能更佳、穩(wěn)定性更好，最終成為探測(cè)器的選擇。
“我們的聲音越來(lái)越被重視?！辈芸≌f(shuō)，“當(dāng)項(xiàng)目開(kāi)始并取得良好進(jìn)展后，我們收到粒子物理國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議的大會(huì)報(bào)告邀請(qǐng)顯著增加，甚至明顯感到國(guó)際同行對(duì)我們的態(tài)度完全不一樣了?！?/p>
挑戰(zhàn)自我搶占先機(jī)
大亞灣團(tuán)隊(duì)中，有年輕的“９０后”，年齡最大的項(xiàng)目總工藝師白景芝已年逾古稀。他們自喻為“一群勤勞的螞蟻”，工作在沒(méi)有陽(yáng)光、陰暗潮濕的隧道，用智慧和勞動(dòng)建造了一座美麗的科學(xué)宮殿。
大亞灣實(shí)驗(yàn)距離核反應(yīng)堆僅３６０米，深入地下１００米，要建５個(gè)十幾米至二十多米高的地下實(shí)驗(yàn)廳、３１００米長(zhǎng)隧道，難度可想而知。隧道施工中，建設(shè)人員安全完成了在有特殊安全要求的核島附近的３０００多次爆破，全部滿(mǎn)足國(guó)家相關(guān)要求。
為趕進(jìn)度，每當(dāng)一個(gè)實(shí)驗(yàn)廳挖好，實(shí)驗(yàn)組人員便進(jìn)入同步展開(kāi)設(shè)備安裝，新挖好的巖洞內(nèi)燠熱潮濕，進(jìn)去２０分鐘就渾身濕透。沒(méi)有水喝，沒(méi)有廁所，研究人員、工程技術(shù)人員僅憑簡(jiǎn)單的機(jī)械和人力，將５個(gè)４０噸容積的超大罐子搬進(jìn)了閃液大廳。每天回到駐地后，大家甚至累得只能躺著洗個(gè)涼水澡。
為了與國(guó)際同行“賽跑”，２０１１年９月，科研人員果斷改變?cè)瓉?lái)的實(shí)驗(yàn)方案，“變陣提速”，將實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)階段。在緊張的數(shù)據(jù)分析沖刺階段，一個(gè)由“７０后”帶領(lǐng)的，由“８０后”和“９０后”組成的年輕團(tuán)隊(duì)日夜拼搏，完成了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取、修正、分析等，終于贏得先機(jī)。
