破解中微子未解之謎
——大亞灣中微子實驗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）在距離我國大亞灣核電站僅３６０米的地下，堅守著這樣一群科學(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中微子最后一個未被破解的振蕩模式，這是全世界高能物理學(xué)家都想解開的謎。
經(jīng)過近１０年的不懈努力，大亞灣中微子實驗取得了重大成果——科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)中微子的第三種振蕩模式，并精確測出了它的振蕩幾率。這被國際科學(xué)界認(rèn)為是物理學(xué)上具有基礎(chǔ)意義的一項重大成就。
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，對它的認(rèn)識將揭開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。
２００３年，為了測量最后一個未知的中微子混合參數(shù)，法國、日本、韓國等都競相提出實驗方案。由中科院高能物理研究所提出的大亞灣中微子實驗是其中之一。
“大亞灣實驗有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢?！睂嶒烅椖扛苯?jīng)理、高能所研究員楊長根說，“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?！?/p>
精度高達(dá)１％的大亞灣實驗方案從全世界８個實驗方案中脫穎而出。美國能源部甚至放棄支持本國的兩個實驗方案，轉(zhuǎn)而支持美國科學(xué)家加入大亞灣實驗。
這項實驗得到了科技部、中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委、廣東省、深圳市和中國廣東核電集團(tuán)的支持，６家單位共同出資１．５７億元人民幣，加上美國等其他國家和地區(qū)的出資，使其成為我國基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域最大的國際合作項目。
大亞灣國際合作組由來自中國、美國、俄羅斯、捷克及香港、臺灣地區(qū)的３９個研究機(jī)構(gòu)、２００余名研究人員組成。其中中方研究人員來自中科院、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、山東大學(xué)、中國原子能研究院等多家單位。此外黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司、中鐵十五局、廣東中澤重工有限公司等２０余家企業(yè)參加了項目的設(shè)計建設(shè)、設(shè)備制造和科研攻關(guān)等。
“大亞灣實驗開創(chuàng)了國家、地方政府、企業(yè)及國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。”高能所原所長陳和生院士說。
憑實力贏得尊重
大亞灣中微子實驗由中國和美國共同領(lǐng)導(dǎo)，美方的參與人員來自伯克利國家實驗室、布魯克海文國家實驗室、加州理工學(xué)院等１６家世界一流的科研院所，陣容堪稱豪華。
“高能物理的國際合作內(nèi)部競爭非常激烈，沒實力就變成光掏錢沒有話語權(quán)?！表椖扛苯?jīng)理曹俊說，“中國團(tuán)隊?wèi){實力贏得了尊重?！?/p>
項目經(jīng)理、高能所所長王貽芳介紹，大亞灣實驗“以我為主”體現(xiàn)在三個方面，一是實驗方案全部采取了中科院高能所的設(shè)計方案；二是在項目建設(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)立地掌握了實驗數(shù)據(jù)全部分析過程，最終發(fā)表的文章中采用的也是高能所的結(jié)果。
項目建設(shè)過程中，中國科學(xué)家解決了多模塊探測器設(shè)計、水屏蔽設(shè)計、反射板設(shè)計等大量技術(shù)難題，以出色的工作贏得了國際同行的認(rèn)可和尊重。
摻釓液閃是中微子探測器的一項關(guān)鍵技術(shù)，每當(dāng)捕捉到中微子時，它將會發(fā)出微弱的光。而讓無機(jī)物釓與有機(jī)物烷基苯穩(wěn)定混合在一起，并保持長期透明，是科學(xué)界的一大難題。法國的一項同類實驗，就因為液閃只使用了１００天就變得渾濁，被迫終止。
當(dāng)時，項目組內(nèi)中美等國提出了多個方案。在第三方評議中，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，最終成為探測器的選擇。
“我們的聲音越來越被重視?！辈芸≌f，“當(dāng)項目開始并取得良好進(jìn)展后，我們收到粒子物理國際學(xué)術(shù)會議的大會報告邀請顯著增加，甚至明顯感到國際同行對我們的態(tài)度完全不一樣了?！?/p>
挑戰(zhàn)自我搶占先機(jī)
大亞灣團(tuán)隊中，有年輕的“９０后”，年齡最大的項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”，工作在沒有陽光、陰暗潮濕的隧道，用智慧和勞動建造了一座美麗的科學(xué)宮殿。
大亞灣實驗距離核反應(yīng)堆僅３６０米，深入地下１００米，要建５個十幾米至二十多米高的地下實驗廳、３１００米長隧道，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，全部滿足國家相關(guān)要求。
為趕進(jìn)度，每當(dāng)一個實驗廳挖好，實驗組人員便進(jìn)入同步展開設(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。沒有水喝，沒有廁所，研究人員、工程技術(shù)人員僅憑簡單的機(jī)械和人力，將５個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涼水澡。
為了與國際同行“賽跑”，２０１１年９月，科研人員果斷改變原來的實驗方案，“變陣提速”，將實驗分為兩個階段。在緊張的數(shù)據(jù)分析沖刺階段，一個由“７０后”帶領(lǐng)的，由“８０后”和“９０后”組成的年輕團(tuán)隊日夜拼搏，完成了實驗數(shù)據(jù)的獲取、修正、分析等，終于贏得先機(jī)。
