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？ 大亚湾反应堆中微子实验是一个250多名科学家参与的国际合作项目，在这场国际合作中，中国科学家占据了主导地位，这在以往的国际合作中并不多见。 图为大亚湾核电站外景。
图为大亚湾中微子实验项目副经理杨长根向记者介绍实验设计原理。 本报记者 佘惠敏摄
新闻发布
4月27日，中国科学家关于中微子第三种振荡模式的论文在《美国物理评论快报》上正式出版。这篇3月7日投稿的论文讲述了在我国诞生的一项重大物理成果。
论文中称，在大亚湾反应堆中微子实验中，科学家们首次发现了中微子的第三种振荡模式，其振荡几率sin22θ13为9.2%，误差为1.7%。
世界各地有五大实验项目的物理学家都在寻找θ13，在与日本T2K实验、美国MINOS实验、法国Double Chooz项目、韩国RENO项目的竞争中，中国大亚湾实验室率先给出了确定的答案。
为什么中国科学家能在这个基础前沿项目的国际竞争中拔得头筹？本报记者深入大亚湾实验室和中科院高能物理所采访，试图找出他们成功的奥秘。
科学背景
中微子是一类神秘的基本粒子：它质量极其微小，是最轻的粒子；它数量十分庞大，每秒钟有几万亿个中微子自由穿过人体；它会隐身术，不带电、也几乎不与任何物质发生作用的特点让它极难捕捉；它会变身术，一种中微子在飞行过程中变为另一种中微子，然后再变回来，这叫作中微子振荡，三种中微子两两之间可发生三种振荡。
无处不在却又难觅芳踪，这让中微子有了一个别称——“幽灵粒子”。它在微观的粒子物理和宏观的宇宙起源及演化中，同时扮演着极为重要的角色，是当今粒子物理学和宇宙学的研究热点。对中微子的研究从1930年开始，科学家们在长达数十年的研究中发现了中微子振荡。三种振荡模式各有其对应混合角，分别为θ12、θ23、θ13，前两个混合角θ12、θ23的测定者都获得了诺贝尔物理学奖，第三种振荡混合角θ13却迟迟未能找到，以至于有人怀疑θ13为零，也就是根本不存在。
合作：弄潮儿向涛头立
大亚湾反应堆中微子实验是一个250多名科学家参与的国际合作项目，他们来自中国大陆和港台地区、美国、俄罗斯及捷克的38家科研机构。
实验地点在中国，大部分的实验方案是中国人设计的，隧道和实验大厅建设工作主要由中国人承担，探测器的掺钆液闪等关键技术掌握在中国人手里，连最后对实验数据的物理分析也是中国人最先算出……在这场国际合作中，中国科学家占据了主导地位，这在以往的国际合作中并不多见。
大亚湾中微子实验首席科学家、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳说：“大亚湾实验极大地提升了我国在探测器设计和建造方面的国际声誉，将我国的中微子研究带入国际前沿。”
“以我为主”说起来简单，真正做到却并不容易。
中微子项目始于9年前。日本KamLAND中微子实验在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聚焦在θ13上，2003年俄罗斯、法国、美国、日本、巴西和韩国等国竞相提出8个θ13测量方案。
中科院高能所研究人员及时把握住这一国际前沿动向，王贻芳、曹俊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。
“核电站在发电时，会产生大量中微子，反应堆功率越大，释放中微子越多，测量精度越高。”王贻芳说，“我们考虑在大亚湾核电基地建实验室，因为大亚湾核电站功率高，是世界第二；同时大亚湾和岭澳两个机组附近均有山体，在山体下建实验室，可利用其岩石覆盖有效屏蔽宇宙线本底对实验结果的干扰。”
在2003年国际上提出的8个同目标方案中，高能所方案的实验设计指标和精度国际水平最高，这个特殊的方案曾与美方科学家发生过激烈的争论，最终胜出。“中国的实力给了我们坚持自主方案的底气。”王贻芳说。
中方参与者在这个项目中表现出可敬的团结协作精神。在2006年项目批准后开始的合作中，大亚湾核电站所属的中国广东核电集团一直坚定地提供各种支持：他们承担了项目的核安全责任，提供了项目用地，并协助开展安全管理及数据分析；他们投入3500万元项目研究经费，开创了企业资助国家大型基础科研的先例。
很多通过招投标参与这个项目的企业都为之不计成本地付出。广东中泽重工有限公司负责探测器最外层外壳不锈钢容器的制作，由于实际难度远超预计，他们最终赔本制作了实验所需的8个钢罐。公司总经理洪紫林说：“这种钢罐的人工和设备投入是正常产品的7倍，单论这个项目我们肯定大亏。但这种结构复杂、焊接要求高的薄罐制成后，公司的制造精度提高了一个等级，制造水平达到国际先进标准。现在，我们接了很多外国高端产品的订单，这是过去不敢接的。”
有抢抓机遇的战略眼光，有大亚湾的地利之便，有团结协作的奋斗精神，在中微子实验中，占据了天时地利人和的中国科学家们，成为勇立涛头的弄潮儿。
竞争：一寸光阴一寸金
看看中微子实验进程表，会发现一个有趣的现象，初期慢如绣花，后期势如破竹：2003年提出方案，2006年获批立项，2007年10月破土动工，2010年12月完成全部爆破任务，2011年中完成探测器建造与安装，8月开始近点取数，12月24日开始远近点同时运行，在55天取数后，仅用十几天完成物理分析和论文写作，2012年3月7日投稿时，所公布的实验结果震惊国际物理学界。
论证4年，施工3年，安装实验设施1年，取数55天，分析十几天。为什么时间分布如此不均衡？“由于项目施工离核电站近，必须接受国家核安全审评，所以论证时间长；为了严格执行核安全标准，施工进度被放在次要位置上，我们的隧道建设延误约2年。”大亚湾中微子实验总工程师庄红林说，“但科学发现只有第一没有第二，为了在国际竞争中取胜，我们只能在后面不涉及安全的步骤上争分夺秒。”
在山体里打隧道和实验厅需要爆破作业，而爆破产生的震动稍大就可能影响核电站。“为了核电站的安全生产，我们在最坚硬的花岗岩上，像绣花一样爆破，最小的一次爆破仅使用了200克炸药。”施工方是中铁十五局集团城市交通轨道公司，项目经理车红星如是说。
爆破这一最硬的骨头啃下来时，整个团队无人放松，而是以更加紧张的工作来夺回耽误的时间。
为了赢得国际竞争，大亚湾人从没有节假日的概念，实验装置建设现场开工不分昼夜，每周工作五天加两天。研究人员每天两班倒工作16个小时是常态，有的研究人员经常连续工作30多个小时。
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，实验组人员不等空调和通风设备装上，就进入同步展开设备安装，新挖好的岩洞内又热又潮，一进去保管浑身湿透，且没有水喝，没有厕所。
在人们以百倍的艰辛和勤奋一点点争取时间时，日本、法国、美国的实验均在去年相继发表了关于θ13的数据，虽然其结果均因精度不够而置信度较低，却成为这一领域竞争白热化的迹象。中方项目团队为赢得此次国际竞争，果断修改实验计划，不等8个探测器全部到位，以6个探测器提前累积数据。
在这样一个国际合作项目中，实验数据是参与项目的各国科学家们通过互联网实时共享的，谁都可以根据这些数据进行物理分析和写论文，为什么最后是中国科学家率先完成？
“我们未雨绸缪，把物理分析的准备工作都做在了前面。”论文通讯作者、大亚湾中微子实验项目副经理曹俊说，高能所大亚湾实验的物理分析组在取数之前，已经提前一年多时间开发出了相应的数据分析软件，并使用模拟数据练手，进行了多次演练。“之前有过演习，真上战场效率就高了。美国人不这么做，因为他们怕费力不讨好。”
最终，中国科学家抢在竞争对手前，发现了新的中微子振荡模式。
在涉及安全的步骤上密不透风、精如绣花，在影响工作舒适度的步骤上苦干巧干。尽管困难重重，他们从不抱怨，因为他们心中藏着梦想，懂得奉献。运气只会光顾不懈拼搏的人。
未来：直挂云帆济沧海
高能物理界一直是一个学术上非常开放的领域。大亚湾中微子实验项目资金来源很广，不仅得到了科技部、中国科学院、自然科学基金委和广东省、深圳市和中国广东核电集团的共同支持，同时也得到了美国能源部及其他境外机构的支持，是我国基础科学领域最大的国际合作项目。美国能源部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的合作，并解决了此项目三分之一的经费缺口，使该实验成为目前中美两国在基础研究领域规模最大的合作项目。
实验结果一经公布，就在国际高能物理界引起热烈反响。
欧洲核子研究中心外联负责人菲利斯塔·泡斯(Felicitas Pauss)教授说：“我被深深震撼了，2010年10月我去大亚湾时探测器还没有建造呢。”
英国《自然》杂志在线版发表文章《对中微子振荡的创纪录精确测量》评价说：“这个表示中微子振荡的难以捉摸的参数，现已被首次精确地测量。”
美国《科学》杂志在线版发表文章《中国物理学家完成一项关键的中微子参数测量》，评价说：“此次成果完成了一幅中微子的概念图，这为‘中微子与反中微子行为间不对称’的实验铺平了道路,这样的实验将帮助解释为何现在的宇宙中有如此多的物质，却只有那么一丁点儿的反物质这一问题。”
描述中微子振荡一共有6个参数，过去有4个已知，θ13是中微子物理中两个最基本的未知参数之一。在θ13被揭开神秘面纱后，目前还有一个与θ13密切相关的未知参数——CP破坏。
大亚湾中微子实验将继续运行3至5年，将测量精度再提高4倍左右。同时，高能所的科学家们已经开始着眼于探索中微子的第二个未解之谜——质量顺序问题，这便是正在酝酿中的大亚湾中微子实验二期工程。
二期工程需要更大的探测器、更高的灵敏度、更长的探测距离以及更多的核反应堆。经初步勘察分析，距离大亚湾核电站60公里处的惠州某地可同时探测来自大亚湾反应堆群和海丰反应堆群的中微子，是当前最佳的实验地点。
除了确定中微子的质量顺序，大亚湾实验二期还具有其他丰富的科学目标，如测量全部6个混合参数中的4个到1%的精度，进而判别是否存在新物理；在比较完整的参数空间内判定惰性中微子是否存在；深入研究超新星中微子、地球中微子、暗物质等天文学、宇宙学、地球物理学当前的热点问题等。
目前，大亚湾实验二期已形成概念设计方案，正在进行关键技术预研，以确保在激烈角逐的国际中微子实验竞争中把握先机。这个项目已经吸引了国际学术界的目光。相信通过项目组的不懈努力，中国的中微子研究会走在世界的前列。
（原载于经济日报，2012年4月28日，13版）
