中國已搶到大科學領跑位置

今天，中國科學院院士、中科院高能物理研究所研究員王貽芳，緩步走向北京人民大會堂領獎台，從國家領導人手中接過代表我國自然科學領域最高獎的證書——2016年度國家自然科學一等獎。

這是他帶領團隊收穫的又一枚大獎：王貽芳、曹俊、楊長根、衡月昆、李小男，這5位來自中科院高能物理研究所的科學家，因為和他們團隊一起，在大亞灣反應堆中微子實驗中發現了中微子振蕩的新模式，而共同分享了這一榮譽。

時間回到2012年3月8日14時15分，一個讓中國物理學人激動的時刻。王貽芳以大亞灣中微子實驗國際合作組發言人的身份向外宣布，他所帶領的團隊發現了新的中微子振蕩模式θ13。至此，在這場法國、日本、韓國、中國等多國參與的大科學「賽事」中，中國率先衝線。

中國科學家扔出的「石子」，激起了千層浪。根據王貽芳的統計，2012年，中微子團隊實驗成果所發表的首篇θ13論文保持高引用率，SCI他引是695次，在粒子物理學領域2011年以來發表的研究論文中排名第三，前兩名則是歐洲核子中心發現希格斯粒子（即「上帝粒子」）的兩篇論文。

5年後的今天，這種影響依然在繼續。

美籍華裔物理學家、諾貝爾獎得主李政道說：「這是物理學上具有重要基礎意義的一項重大成就。」也有科學家認為，這是半個多世紀以來，中國人在基礎物理領域取得的最重要的實驗成果。這種說法用諾貝爾獎來衡量的話，或許更具參考價值，因為此前發現前兩種振蕩模式的美國和日本科學家，均已獲得這一科學界最高榮譽獎。

中微子：「永遠找不到」的幽靈粒子

中微子是什麼？

這要從原子說起。如果把原子比喻成「建造」物質世界的「磚塊」，那麼這個世界就是由100多種「磚塊」堆砌而成。到20世紀，科學家發現，原子並非這個世界最基本的「磚塊」，它是由質子、中子和電子的不同組合構成的。

後來，科學家們又發現，質子、中子和電子也並非最基本的粒子，構成它們的是更小的夸克和輕子。其中夸克有6種，輕子也有6種。這12種粒子才是物質世界最小的「磚塊」。

這其中，就有中微子。它屬於輕子，有3種類型，在12種基本粒子中，佔了1／4。

中微子雖然小，「脾氣」卻很大：看不見，摸不著，卻又無處不在，每秒鐘有上萬億個中微子自由穿過人體，因此有了一個別稱——「幽靈粒子」。提出中微子存在假設的奧地利物理學家泡利甚至說：「我預言了一種永遠找不到的粒子。」

幾十年來，這個高深莫測的粒子，一直在挑戰人類的認知能力。科學家認識到，中微子會變身術，一種中微子在飛行過程中變為另一種中微子，然後再變回來，這叫做中微子振蕩，3種中微子之間可發生3種振蕩。

這3種振蕩模式各有其對應混合角，分別為θ12、θ23、θ13，前兩個混合角θ12、θ23的測定者都獲得了諾貝爾物理學獎，唯有第三種，一直在和全世界的物理學家們捉迷藏，以至於有人懷疑θ13為零，也就是根本不存在。

王貽芳說，由於這個數值的不確定性，中微子物理研究目前已經走到了一個岔路口，如果這個值很小或者沒有，那麼全世界研究中微子的科學家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展。

於是，一場捕捉中微子θ13的大科學賽跑開始了。用大亞灣中微子實驗的發起人之一、中科院高能所研究員楊長根的話說，這是一個高能物理領域人盡皆知的命題，但要精確地「捕捉」到它並不容易，「這需要先進的方案、設備以及精確的測算」。換言之，目標已經在那裡，就看誰第一個到達那兒。

「賽事」從一開始就瀰漫著緊張的氣息。2003年，法國、日本、韓國、中國等都競相提出實驗方案，由中科院高能所提出的大亞灣中微子實驗只是其中之一。

說起來，那已經是10多年前的事，王貽芳卻記憶猶新：這場戰役打得並不輕鬆，「如果當初稍微晚一些，整個實驗就打了水漂」。

「搶」出來的大科學領跑者

2012年4月27日，《大亞灣中微子實驗發現電子反中微子消失》論文在美國《物理評論快報》出版發表。作為該文的執筆者和通訊作者，大亞灣中微子實驗的主要完成人、中科院高能物理所研究員曹俊已經等了整整50天。

論文出來了，石頭也就落地了。曹俊說，「雖然這場比賽還遠沒有結束，但從最新的實驗結果來看，中國已經搶到了『領跑』位置。」

大亞灣中微子的實驗站，位於深圳大亞灣核反應堆群的360米外，藏在百米高的花崗岩山體腹中。裡面是由地面控制室和地下5個實驗室組成，其中距離地面最深處達320米。這也是為何大亞灣中微子實驗被稱作「大科學工程」。

大工程一開始就遇到了麻煩。

「核電站就在身邊，不能出現任何的閃失。」 大亞灣中微子實驗項目總工程師庄紅林記得，為了核電站的安全生產，施工單位在最堅硬的花崗岩上，像繡花一樣爆破，最小的一次爆破僅用了200克炸藥。

庄紅林說，隧道建設比預計延誤了近兩年時間，這對整個實驗的進程是致命的。

2011年8月，韓國項目團隊透出風聲，稱其項目團隊已經開始取數，而彼時的大亞灣實驗團隊還未完成最後一個用來取數的實驗大廳。「當時大家都慌了，國際上也一度認為中國不可能第一個得到實驗結果。」庄紅林說。

為了趕進度，實驗廳剛挖好，設備安裝就開始了。楊長根回憶道，新挖好的岩洞內又熱又潮濕，進去20分鐘就渾身濕透，每天回到駐地後，甚至累得「只能躺著洗個涼水澡」。

在進度「落後」的情況下，大亞灣項目組科研、工程人員在探測器安裝、取數計算等工作上，生生「搶」回了一年時間。

不論項目之外，還是團隊內部，都不乏國與國之間博弈的影子。大亞灣反應堆中微子實驗是一個有250多名科學家參與的國際合作項目，他們來自中國大陸和港台地區、美國、俄羅斯及捷克的38家科研機構。合作，便意味著實驗得到的數據要在第一時間同步傳輸到北京高能所和美國，但最終卻是中國首先得出了結果。

曹俊說，之前他們有過很多次演習，一到戰場上效率就高很多。中國方面整個物理分析團隊在實驗設置安裝的過程中並沒有閑著。除了配合實驗裝置的安裝、測試工作，他們還提前一年多時間開發了相應的數據分析軟體，並加班加點對其進行反覆演練。

最終，中國科學家「搶」在競爭對手前，先一步在這場大科學長跑中衝線。

「這東西不是用來賺錢的」

中微子第三種振蕩的確認，引起了物理學界的興奮，也遭來一些質疑：「這東西究竟有什麼用？」

「王院士，請您通俗地講講，中微子能用來幹嗎？」

王貽芳不止一次地聽到這樣的提問。就在這次國家自然科學一等獎頒獎前夕，他還和前來採訪的媒體記者之間上演了一段頗為有趣的對話。

王貽芳先是給出了一個答案：「目前還看不出中微子有任何應用價值。」

媒體記者追問：一點用也沒有？

「沒有，沒有任何用處。」王貽芳說。

媒體記者不願放棄追問：那對其他應用領域有沒有什麼啟發價值？

「對不起，真是沒什麼用處。」王貽芳說，「我們做基礎研究的，就是來認識自然界，非要說有什麼用，這就是所謂的貢獻。如今做出這個成果，幫人類認識自然界基本構造方面更進了一步。」

他進一步補充道，基礎研究，首先是為了認識世界，至於有沒有副產品，能否賺錢，能否為國民經濟服務，那是另外的事。不過，一旦我們過分地去追求副產品，那就不是基礎研究了。

在科學家的眼裡，基礎研究的重要性遠遠大於它的實用性。王貽芳和他的團隊就喜歡舉一個例子——

400年前，丹麥科學家第谷仰望星空30年，積累了大量的天文數據，由他的弟子開普勒總結成三大定律，成了牛頓提出力學體系的依據。誰能想到，天天盯著行星看而窺得的行星運動的奧秘，幾百年後卻成為我們修造高樓大廈、橋樑、飛機、汽車，乃至發射飛船衛星的根本？

同樣的，中微子，或許，幾十年或一百年後，我們的後代也會給出答案。

本報北京1月9日電

中國青年報·中青在線記者 邱晨輝

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