王貽芳團隊獲2016年度國家自然科學(xué)一等獎

今天，中國科學(xué)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(lǐng)獎臺，從國家領(lǐng)導(dǎo)人手中接過代表我國自然科學(xué)領(lǐng)域最高獎的證書——2016年度國家自然科學(xué)一等獎。

這是他帶領(lǐng)團隊收獲的又一枚大獎：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(xué)家，因為和他們團隊一起，在大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗中發(fā)現(xiàn)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(xué)人激動的時刻。王貽芳以大亞灣中微子實驗國際合作組發(fā)言人的身份向外宣布，他所帶領(lǐng)的團隊發(fā)現(xiàn)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(xué)“賽事”中，中國率先沖線。

中國科學(xué)家扔出的“石子”，激起了千層浪。根據(jù)王貽芳的統(tǒng)計，2012年，中微子團隊實驗成果所發(fā)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(xué)領(lǐng)域2011年以來發(fā)表的研究論文中排名第三，前兩名則是歐洲核子中心發(fā)現(xiàn)希格斯粒子（即“上帝粒子”）的兩篇論文。

5年后的今天，這種影響依然在繼續(xù)。

美籍華裔物理學(xué)家、諾貝爾獎得主李政道說：“這是物理學(xué)上具有重要基礎(chǔ)意義的一項重大成就?！币灿锌茖W(xué)家認(rèn)為，這是半個多世紀(jì)以來，中國人在基礎(chǔ)物理領(lǐng)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(fā)現(xiàn)前兩種振蕩模式的美國和日本科學(xué)家，均已獲得這一科學(xué)界最高榮譽獎。

中微子：“永遠找不到”的幽靈粒子

中微子是什么？

這要從原子說起。如果把原子比喻成“建造”物質(zhì)世界的“磚塊”，那么這個世界就是由100多種“磚塊”堆砌而成。到20世紀(jì)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，原子并非這個世界最基本的“磚塊”，它是由質(zhì)子、中子和電子的不同組合構(gòu)成的。

后來，科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)，質(zhì)子、中子和電子也并非最基本的粒子，構(gòu)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(zhì)世界最小的“磚塊”。

這其中，就有中微子。它屬于輕子，有3種類型，在12種基本粒子中，占了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(shè)的奧地利物理學(xué)家泡利甚至說：“我預(yù)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(zhàn)人類的認(rèn)知能力。科學(xué)家認(rèn)識到，中微子會變身術(shù)，一種中微子在飛行過程中變?yōu)榱硪环N中微子，然后再變回來，這叫做中微子振蕩，3種中微子之間可發(fā)生3種振蕩。

這3種振蕩模式各有其對應(yīng)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(xué)獎，唯有第三種，一直在和全世界的物理學(xué)家們捉迷藏，以至于有人懷疑θ13為零，也就是根本不存在。

王貽芳說，由于這個數(shù)值的不確定性，中微子物理研究目前已經(jīng)走到了一個岔路口，如果這個值很小或者沒有，那么全世界研究中微子的科學(xué)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(fā)展。

于是，一場捕捉中微子θ13的大科學(xué)賽跑開始了。用大亞灣中微子實驗的發(fā)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(lǐng)域人盡皆知的命題，但要精確地“捕捉”到它并不容易，“這需要先進的方案、設(shè)備以及精確的測算”。換言之，目標(biāo)已經(jīng)在那里，就看誰第一個到達那兒。

“賽事”從一開始就彌漫著緊張的氣息。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(jīng)是10多年前的事，王貽芳卻記憶猶新：這場戰(zhàn)役打得并不輕松，“如果當(dāng)初稍微晚一些，整個實驗就打了水漂”。

“搶”出來的大科學(xué)領(lǐng)跑者

2012年4月27日，《大亞灣中微子實驗發(fā)現(xiàn)電子反中微子消失》論文在美國《物理評論快報》出版發(fā)表。作為該文的執(zhí)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(jīng)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(jié)束，但從最新的實驗結(jié)果來看，中國已經(jīng)搶到了‘領(lǐng)跑’位置?！?/span>

大亞灣中微子的實驗站，位于深圳大亞灣核反應(yīng)堆群的360米外，藏在百米高的花崗巖山體腹中。里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(xué)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(xiàn)任何的閃失?！?nbsp;大亞灣中微子實驗項目總工程師莊紅林記得，為了核電站的安全生產(chǎn)，施工單位在最堅硬的花崗巖上，像繡花一樣爆破，最小的一次爆破僅用了200克炸藥。

莊紅林說，隧道建設(shè)比預(yù)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(fēng)聲，稱其項目團隊已經(jīng)開始取數(shù)，而彼時的大亞灣實驗團隊還未完成最后一個用來取數(shù)的實驗大廳?！爱?dāng)時大家都慌了，國際上也一度認(rèn)為中國不可能第一個得到實驗結(jié)果?！鼻f紅林說。

為了趕進度，實驗廳剛挖好，設(shè)備安裝就開始了。楊長根回憶道，新挖好的巖洞內(nèi)又熱又潮濕，進去20分鐘就渾身濕透，每天回到駐地后，甚至累得“只能躺著洗個涼水澡”。

在進度“落后”的情況下，大亞灣項目組科研、工程人員在探測器安裝、取數(shù)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(nèi)部，都不乏國與國之間博弈的影子。大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗是一個有250多名科學(xué)家參與的國際合作項目，他們來自中國大陸和港臺地區(qū)、美國、俄羅斯及捷克的38家科研機構(gòu)。合作，便意味著實驗得到的數(shù)據(jù)要在第一時間同步傳輸?shù)奖本└吣芩兔绹罱K卻是中國首先得出了結(jié)果。

曹俊說，之前他們有過很多次演習(xí)，一到戰(zhàn)場上效率就高很多。中國方面整個物理分析團隊在實驗設(shè)置安裝的過程中并沒有閑著。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(fā)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析軟件，并加班加點對其進行反復(fù)演練。

最終，中國科學(xué)家“搶”在競爭對手前，先一步在這場大科學(xué)長跑中沖線。

“這東西不是用來賺錢的”

中微子第三種振蕩的確認(rèn)，引起了物理學(xué)界的興奮，也遭來一些質(zhì)疑：“這東西究竟有什么用？”

“王院士，請您通俗地講講，中微子能用來干嗎？”

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(xué)一等獎頒獎前夕，他還和前來采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(yīng)用價值。”

媒體記者追問：一點用也沒有？

“沒有，沒有任何用處?！蓖踬O芳說。

媒體記者不愿放棄追問：那對其他應(yīng)用領(lǐng)域有沒有什么啟發(fā)價值？

“對不起，真是沒什么用處。”王貽芳說，“我們做基礎(chǔ)研究的，就是來認(rèn)識自然界，非要說有什么用，這就是所謂的貢獻。如今做出這個成果，幫人類認(rèn)識自然界基本構(gòu)造方面更進了一步?！?/span>

他進一步補充道，基礎(chǔ)研究，首先是為了認(rèn)識世界，至于有沒有副產(chǎn)品，能否賺錢，能否為國民經(jīng)濟服務(wù)，那是另外的事。不過，一旦我們過分地去追求副產(chǎn)品，那就不是基礎(chǔ)研究了。

在科學(xué)家的眼里，基礎(chǔ)研究的重要性遠遠大于它的實用性。王貽芳和他的團隊就喜歡舉一個例子——

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

同樣的，中微子，或許，幾十年或一百年后，我們的后代也會給出答案。

本報北京1月9日電

中國青年報·中青在線記者邱晨輝