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文汇报:就为寻找那个“神秘的值”(111031)
时间 : 2011-10-31     

 中微子混合参数,是自然界最基本的未知参数之一,其数值大小可能与宇宙中“反物质消失之谜”有关,全世界的物理学家都想精确测量。中国科学家团队设计的“大亚湾实验”,在全球8个方案中最终胜出——就为寻找那个“神秘的值”

 
  “我们的工作,得诺贝尔奖的希望很小,也不能带来任何GDP。我们就是一群对粒子物理有兴趣的人,愿意用10年乃至更长时间,去寻找那个神秘的值。”大亚湾中微子实验团队的每个人,都会这么对你说。
  那个“神秘的值”,是中微子混合参数θ13——自然界最基本的未知参数之一,其数值大小可能与宇宙中“反物质消失之谜”有关,全世界的物理学家都想把它精确地测量出来。
  核电站是中微子最丰富的地方。为了θ13,王贻芳带着团队从北京来到大亚湾,设计出了精度高达1%的“大亚湾实验”方案,获得全球各国物理学家的广泛支持,美国能源部甚至放弃支持本国的两个实验方案,转而支持美国科学家加入“大亚湾实验”。
  如果一切顺利,2013年,他们将梦圆大亚湾。


  靠“百家饭”立起项目
  不带电,质量不到电子的百万分之一,以接近光速运动——中微子是物质世界最基本的粒子之一,可它好似调皮的小精灵,很难被捉住。即使穿越地球直径那么厚的物质,在100亿个中微子中,只会有1个与物质发生极其微弱的反应。
  “大亚湾实验”的精度可达1%,这代表在捕捉到的中微子中,哪怕有一个在探测器内发生反应,就能测量到它,进而积累起足够多的数据,最终计算出θ13的精确值。
  全世界的物理学家曾先后提出8个实验方案,“大亚湾实验”所以能最终胜出,独特的实验条件起了重要作用:这里有世界第二大反应堆群,核裂变发电时会产生海量的中微子——中微子越多,实验精度就越高;而离核电站300米,就有超过100米高的山体屏蔽宇宙射线,因而实验室工程只需钻山挖隧道而不用“掘地百米”。
  方案胜出后,项目如何实施?中科院高能物理研究所所长、大亚湾反应堆中微子实验负责人王贻芳说,首先筹资就很难。国内各家拥有经费、能提供支持的单位尽管都认为这个项目科学意义重大,愿意支持,但都无法在现有框架内合法地给予足够支持。
  经过4年奔走,项目终于靠“百家饭”立了起来。项目的资金支持单位是长长一串名单,除了科技部、国家自然科学基金委、中科院,还有广东省政府、深圳市政府,甚至一家企业“中广核”也在其中。
  王贻芳说,在为筹措经费奔走时,他经常被问“你这个基础研究有什么用?”他答“没有”,于是接下来的一个问题经常是“能得诺贝尔奖吗?”他又摇头,那么再下一个问题就成了:“这么一个基础研究做它干吗?”问得他满心苦涩。“这次‘中广核’提供资金,说实话我们很惊讶,因为他们根本无法从我们的实验中获得利益回报。”
  企业愿意投资于己无利可图的基础研究,实在让科学家们很感动。项目的投资额包括1.6亿元人民币和3400万美元。王贻芳说,美国能源部放弃支持本国实验,转而看好“大亚湾实验”,也为他的团队提振了不少信心。项目也得到了捷克和我国台湾、香港的经费支持。

 
  靠实力赢得尊重
  由于美国能源部提供资金支持,参与“大亚湾实验”的一半人来自美国,来自布鲁克海文国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、加州理工学院、普林斯顿大学等16家一流的科研机构。要赢得尊重而顺利合作,中国团队得有真能耐。
  尽管本人在欧洲、美国工作过16年,团队中几乎每位成员也都有海外留学经历,但王贻芳不得不承认,“不能用母语很吃亏,经常我们的研究人员有更好的方案,却不能充分说明,说服对方接受。”但他们仍然以出色的工作赢得了国际同行的认可和尊重。
  掺钆液闪(液体闪烁体)是中微子探测器的关键技术,每当捕捉到中微子时,它将会发出微弱的光。让无机物钆与有机物烷基苯均匀、稳定地混合在一起,并保持长期透明,堪称一道天大的难题。法国一项同类实验,就因为液闪只使用了100天就变得浑浊,被迫终止。
  从美国费米国家实验室回国的曹俊,挑起了这副重担。他找到高能所研究稀土的化学家张智勇合作,研制出了新配方。自己做了大量扎实的测试后,他们满怀信心地到香港参加第三方“盲评”,依靠优越的性能,最终在不同方案中胜出,应用于“大亚湾实验”。
  小到实验室电缆布线,大到设备工艺,他们白天搞科研,晚上与美国同行在网上开会、写电子邮件讨论问题。团队一名骨干王铮说,电子邮件往返经常持续到凌晨三四点。
  中国科学家团队的实力体现出来了。大亚湾现场负责人李小男说,我们的声音越来越被重视,相关国际会议邀请我们作大会报告的越来越多……“现在全世界都在等中国的数据!”


  志趣带来纯粹的快乐
  如今,3公里长的隧道已全部打通,1号实验室已开始工作,每天产生的数据量约300G(千兆),明年夏天有望获得第一批物理学成果。
  王贻芳的脸上浮现出期待的微笑。其实,在被人问得满心苦涩之时,在项目立项的艰苦过程中,他也曾想过放弃,但因为志趣的强大驱动力,因为和一群志同道合者追寻梦想的快乐,他坚持下来了。立项之初,野外勘查是桩苦差事,可他们心情总像在找寻世外桃源:山后有野兔!还有野果子……土建期间,研究人员轮番往返于北京和大亚湾,住在没电漏水的农舍中,却乐呵呵地称工作是“5+2”、“白+黑”……
  今年8月15日,探测器捕捉到了第一个中微子。当数据出现,整个团队沸腾了。很多个“第一次”都让他们印象深刻而激动不已:开凿隧道的第一炮、第一个探测器元件进场、生产出第一批液闪……但这都比不上中微子“现身”时那一道极微弱而短暂的光。
(《文汇报》2011年10月28日 01版)