http://sztqb.sznews.com/html/2012-03/21/content_1971318.htm
■ 深圳特区报记者 綦伟／文 大亚湾中微子实验项目组／图
从北京首都机场到深圳宝安机场，然后乘３小时公交车到大鹏街道，再坐车去到大亚湾核电基地。从２００６年开始，一群从事粒子物理研究的中国科学家和工程师们，无数次地往返于这条路线。他们在追寻什么？
３月８日，他们将数年艰辛努力的成果捧到了世人面前——发现一种新的中微子振荡，并且精确测出了它的振荡几率θ１３。这个举世瞩目的科研成果，为未来的中微子研究指明了方向。
然而，仅仅１０年前，中国的中微子物理研究还几乎为零，是怎样的力量，让中国快步跃升至世界前列？
“抢”出来的机遇
３月１５日，中国科学院高能物理研究所（下称高能所）举行了第１６１次科技创新论坛，邢志忠研究员作有关“大亚湾实验结果的唯象学后果”的理论报告。所内所外数百名科研人员和一些科学爱好者赶来听讲，主持人、大亚湾中微子实验项目副经理曹俊研究员不得不将地点换到最大的一间阶梯会议室。
这在１０年前，是不可想象的。“那时国内很少有人知道中微子。”曹俊对记者说。
改变发生在２００３年。当日本ＫａｍＬＡＮＤ中微子实验国际合作组在２００２年１２月发布报告最终确认太阳中微子发生振荡后，全世界高能物理学家的目光开始聚焦在θ１３上。
它是当时最后一个未知的中微子混合参数。只要精确测出它的值，人们便可获知如何测量中微子振荡中的ＣＰ（宇称和电荷对称性）破缺。“而如果测出的ＣＰ破缺值够大，我们就可以解释宇宙中的‘反物质消失之谜’。”
高能所研究人员及时把握住了这一国际前沿动向。曹俊说，当时国内的马宇蒨、杨长根和刚归国不久的王贻芳研究员认真讨论进行大亚湾中微子实验的可能性。“我第一次知道大亚湾实验，是王贻芳在ＫａｍＬＡＮＤ值班时打电话告诉我的。”
机遇是“抢”出来的。其时，俄罗斯、法国、美国、日本、巴西和韩国等都曾竞相提出方案。王贻芳来不及回国，连夜从日本打电话到美国，让正在费米实验室从事研究的曹俊模拟探测器的形状。方形的探测器建造最容易，但性能最差；球形的建造最困难；圆柱形的居中。曹俊只用了几天就给出了结论：方形的不行，圆柱形的可以。同年１１月，在香港大学召开了第一次启动大亚湾实验的国际研讨会。
从海外归来的学子们挑起了大梁。此前，王贻芳曾是美国Ｐａｌｏ Ｖｅｒｄｅ中微子实验的核心成员，曹俊曾在费米实验室从事ＭｉｎｉＢｏｏＮＥ中微子振荡实验研究，邢志忠当时已经是国际知名的中微子理论学者……
“在美国，一项大型的物理实验，很少能轮到由一名华人科学家来主持的。”曹俊说。接到王贻芳的电话后，他连租屋都来不及退，就启程回国。两个人拿出自己的人才基金，加上高能所特批的几十万元，开始中微子实验的选址勘测。
１年多后，当一份在大亚湾核电基地利用反应堆中微子精确测量θ１３的方案，摆上２００５年香山科学会议讲坛时，与会专家们一致认为，这是中国中微子物理研究跨越式发展的难得机遇。
美国能源部果断否决了本国的两个实验方案，宣布只支持大亚湾中微子实验。
累得躺着洗个澡
大亚湾中微子实验项目经理、高能所所长王贻芳研究员说：“大亚湾中微子实验有得天独厚的优势。”
这里不仅邻近总功率世界第二的大亚湾核电基地反应堆，能获得足够多供测量使用的中微子，更重要是邻近数百米高的排牙山，在此建立地下实验室，靠天然岩石覆盖即可屏蔽绝大部分的宇宙射线干扰，省时省力又安全。
高能所原所长陈和生院士说，这个实验项目的优势还在于开创了国际、国家、地方政府及企业共同支持基础研究的先例，成为协同创新的典范。
实验经费从一开始就困扰着实验组。邢志忠曾在ＰＰＴ报告的最后一页上，特意放上一张堆满钱的图片，并在上面打上“ＷＥ ＭＵＳＴ ＧＥＴ ＩＴ！”（我们必须要得到它！）
最终，科技部、中国科学院、国家自然科学基金委、广东省、深圳市和中广核公司６家单位共同出资１．５７亿元人民币，再加上美方投入约合８０００多万人民币的设备，其他国家和地区也有出资，大亚湾中微子实验靠吃“百家饭”成长起来，成为我国基础科学领域最大的国际合作项目。
２００７年１０月，排牙山亮起爆破声，大亚湾中微子实验工程开始动工。来自中、美、俄等６个国家和地区的３９个研究机构、２５０多名研究人员开始陆续向这里集结。
这是一个复杂艰巨的工程。负责整个实验项目土建工程的高能所国资原处长张浩云对记者说：“在核电反应堆旁进行开山爆破作业，是一个小心得不能再小心的细活。”
按照国家核安全局的批复文件，爆破作业传导到核岛的震动，必须小于０．０１ｇ的加速度。“就是把检测仪放在１米外，然后人抬脚后自然落地所引起的震动程度。”而为确保安全，张浩云和施工单位严格约定，达到０．００７ｇ就停工。如此共进行了２２００余次爆破，没有出现任何纰漏。
大亚湾中微子实验共需建三个实验大厅。为赶进度，每当一个实验厅挖好，实验组人员便进入同步展开设备安装。新挖好的岩洞内燠热潮湿，高能所高级工程师唐晓说，进去２０分钟，保管浑身湿透。灌装实验室出了故障，白天大家分析问题找出原因，晚上加班灌装，直干到半夜２点多钟才完成。“回到驻地后，有同事累得只能躺着洗个凉水澡！”
大亚湾实验室共有３个实验大厅，分别为大亚湾近点、岭澳近点与远点大厅。实验厅均位于山腹内。两个近点均位于地下１００米深处，远点则位于地下３５０米处。
２００９年底，一个属于大亚湾中微子实验组的博客正式开通，博客域名为“Ｄａｙａｂａｙｐｅｒｓｏｎ”——大亚湾人。
不在实验室，就在去实验室的路上
与国际同行的竞争压力，时刻煎熬着实验组成员们的心。２０１１年，日本Ｔ２Ｋ实验、美国的ＭＩＮＯＳ实验和法国的Ｄｏｕｂｌｅ Ｃｈｏｏｚ实验相继发布测量成果，但依照国际高能物理学界的惯例，这些成果的统计标准偏差都在３倍标准偏差以下，所以只能称之为迹象（ｈｉｎｔ）。这个迹象显示，θ１３的值可能并不如人们事先预测的那么小。
曹俊敏锐地意识到，必须改变既定的实验方案，才能抢出竞争时间。“我们原先使用８个探测器的方案，可以使测量精度达到０．０１，既然θ１３的值可能不太小，那么第一阶段测量用６个探测器已足够。”
２０１１年９月，大亚湾中微子实验变阵提速。２０１１年１２月２４日，三号实验大厅的探测器开始取数。大亚湾中微子实验的重点转到了物理分析阶段。先前在工厂里驻厂监造配件、在岩洞里汗流浃背安装设备的中方研究人员们，返回高能所开始了紧张的数据分析冲刺。
“取数５天，我们就从数据中看出了中微子的消失，由此判断出θ１３的值真的不算小。”曹俊对记者说。
一切工作都做在了前面。参与数据分析工作的实验组骨干高能所天体物理中心王志民博士告诉记者，２００６年大亚湾中微子实验国际合作组正式成立不久，分析组便开发出了相应的数据分析软件并进行了多次模拟演练。
打虎头号英雄，是被实验组老老少少一致称为“拼命三郎”的高能所实验物理中心温良剑博士。邢志忠笑言：“关于小温有句话，不在实验室里，就在去实验室的路上。”
除了王志民和温良剑，还有占亮、于泽源和何苗等一批高能所博士或研究生，为得出θ１３的准确测量结果而日夜拼搏。这是一个由７０后带领的，由８０后和９０后组成的年轻团队。曹俊告诉记者，那一段时间，凌晨两三点时到网上工作平台一看，大家都在线。春节同样如此。
作为实验项目的负责人，王贻芳紧紧扣住时间不放。本来预留给国际合作组讨论分析成果的时间为１０天，他力主减至３天。“有美国教授问：１月不到又开合作组会，是不是大亚湾有了情况？”
合作组的美方研究人员也做出了不懈的努力。曹俊告诉记者：“论文草稿拿出不到３天，收到的修改意见足有４０多页。他们的敬业精神，真是值得学习。”
于是便发生了本文开头的一幕。３月８日下午２时，大亚湾中微子实验国际合作组发言人王贻芳宣布：大亚湾中微子实验首次发现了电子反中微子的消失，这是一种新的中微子振荡，其振荡几率为９．２％，误差为１．７％，标准偏差为５．２ ｓｉｇｍａ（相当于９９．９９％的置信度）。
４天后，韩国首尔大学物理天文学系金修奉教授对媒体称，他们的中微子研究团队本来也准备于本周宣布θ１３的测量成果的……
忘不了的大亚湾
昨天，大亚湾中微子实验现场安全官、高能所李小男研究员又一次从北京飞来深圳。他告诉记者：“７号和８号中心探测器正在组装，将于今年夏天装置完毕。”
白发苍苍的张浩云已经在大亚湾坚守了整整５个年头，期间他从高能所国资处长的职位上退休，但至今仍在为大亚湾中微子实验而奔波着。
已经是第４个年头了，唐晓每年都有一多半的时间忙碌在大亚湾中微子实验的装配车间里。其间，远在北京的儿子经历了中考和高考、婆婆生病住院病逝、丈夫锁骨骨折、年逾７旬的老母亲独自生活……她说：“感谢大亚湾的男士们在我们的节日里宣布如此重大的发现，今后每一年的妇女节我们将重温一次今天的幸福！”
还有两件让所有大亚湾中微子实验组成员们都感到甜蜜的事，那就是曾为研制中心探测器液体闪烁体立下头功的高能所丁雅韵博士，有曾为实验项目管理做出重要贡献的实验工程办刘蕾博士，都在今年年初晋升为妈妈了。她们分别给自己的宝贝女儿起名叫“微微”和“丫丫”。她们忘不了中“微”子，也忘不了大“亚”湾……
为什么韩国的ＲＥＮＯ实验全部取数早４个月却至今未能测出成果？曹俊说：“看看我们的团队付出的努力就知道！”
链接
中微子的预言与发现之旅
１９３０年，奥地利物理学家泡利为了解释中子在衰变成质子和电子时能量出现亏损，提出了一个猜想，认为是一种不可探测的中性粒子带走了能量。
后来，意大利物理学家费米进一步发展了泡利的假说，建立了β衰变理论。并正式将这种中性粒子命名为中微子。
当时，尽管中微子在理论上的存在是非常确定的。但是由于中微子同普通物质的相互作用很弱，甚至可以越过整个地球而不被任何物质吸收，因此就连泡利本人也曾说：我做了件很糟糕的事，我预言了一种无法测到的粒子。
１９５６年，美国科学家莱因斯和科万利用核反应堆实验首次测到为数不多的中微子。莱因斯因此获得了１９９５年的诺贝尔物理学奖。
１９６２年，莱德曼、施瓦茨和斯坦伯格在美国布鲁克海文实验室利用质子加速器发现了第二种中微子μ中微子。他们因此获得了１９８８年的诺贝尔物理学奖。后来人们证实总共有三种中微子。
长期以来，太阳中微子失踪之谜和宇宙中微子反常现象，一直困扰着物理学家们。直到１９９８年，日本的Ｓｕｐｅｒ－Ｋ实验以确凿证据证实中微子的丢失，是因为中微子发生了振荡。美国的戴维斯和日本的小柴昌俊因为对太阳中微子和大气中微子的研究，同时获得了２００２年诺贝尔物理学奖。
中微子有大量谜团尚未解开。包括它的质量大小和起源、磁矩、混合参数θ１３和ＣＰ破坏相角的大小等等。同时，对它的研究远远超出了粒子物理的范畴，是粒子物理、天体物理、宇宙学、地球科学的交叉与热点学科。
中微子潜在的应用价值
由于中微子不带电，不会像带电粒子一样被物质阻挡和磁场偏转，也不会像光子和带电粒子一样，与宇宙背景辐射相互作用。因此用中微子作探针，可以直达宇宙深处或地心深处，在天文与地质方面有广泛用途。
在天文方面，中微子携带天体的许多信息，引入天文学观测后，将极大推动天文学的发展。目前，世界上正在建设的中微子望远镜包括贝加尔湖、地中海和南极冰层中的共６个探测器，科学家们希望通过它们来测量那些来自宇宙深处、数量相当稀少的超高能中微子，并确定它们所对应的天体源方位。
地质方面，科学家们正设想通过观测地质中微子，进而对地壳、地幔甚至地心中含有的大量铀和钍元素进行研究和分析，以探索地球深处的奥秘。此外，当科学家们成功掌握了中微子的振荡几率后，进一步便可通过分布全球的几个中微子源和探测器，展开组合探测，分别获得地球不同深度处的物质密度，如同给地球进行ＣＴ扫描一样，获得地球内部信息。
中微子的另一个应用，即核反应堆的安全监测。由于反应堆在运行过程中会释放出大量中微子，通过建造一个中微子探测器，可以实时监测反应堆的运行。该方法目前已在实验阶段，如果成功，可以很快投入实用。也许这是有关中微子的第一个专利。
记者手记
科学研究与诺贝尔奖无关
采访大亚湾中微子实验团队，总有一个问题想问：实验发现了一种新的中微子振荡，精确测量了θ１３值，是不是有希望拿到诺贝尔物理学奖啊？
还没等记者问出口，曹俊研究员主动说了：“测量到一种新的振荡模式，达不到诺贝尔奖水平。”他进一步说，如果能测到ＣＰ破坏倒是有可能。不过ＣＰ破坏只能用加速器来测，大亚湾中微子实验暂时还没有计划做此测量。
当然，这并不能否定这次测量结果的重要性。连日来，世界高能物理学界接连向大亚湾中微子实验国际合作组发来贺电，称赞这是物理学上具有重要基础意义的一项重大成就。
曹俊说，这是因为很多人、很多实验都在等着我们的结果。去年曾追问诺贝尔物理学奖获得者Carlo Rubbia教授西欧中心一项中微子探测技术的研发进展，Carlo Rubbia就曾回答，至于要不要做要等大亚湾的结果。
其实，去年１１月底记者探访大亚湾中微子实验３个地下实验大厅时，张家文研究员已经在感叹人们对待基础科学研究的“功利性”了。他说，基础科学研究是不能带着很强的目的性去开展的，因为一种基础科学研究成果有没有用、有什么用，往往是要经过很多很多年之后，才能被人们所认识到的。
一位网友在给邢志忠研究员留言时说：“有重大的发现，应该强调的是其有何创新？为何重大？有何意义？而不是动不动就要获得什么奖项，这违背了科研本身务实的精神。”邢志忠回复：“我完全同意。”
（深圳特区报，2012年3月21日，A6版）
