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【科技日报】大亚湾中微子实验负责人曹俊:科学研究更需要工匠精神
2019-07-17|文章来源:科技日报 刘传书 |【
 

  2012年3月8日,由中美等国联合组成的大亚湾反应堆中微子实验项目组,全球率先公布发现中微子的第三种振荡模式,引起国际物理学界的震动。被人称为“中国有史以来最重要的物理学成果”、“中国粒子物理的时代已经到来”。

  回顾从项目立项到出成果再到继续探索,大亚湾中微子实验负责人曹俊研究员认为,科学研究更需要工匠精神。

  耐得寂寞,以心相拥。大亚湾核电站群附近的山洞内,有一条长达三公里的隧道,大亚湾反应堆的3个中微子实验室即藏身于此。在这里发现了中微子振荡的新模式。曹俊介绍,迄今已6年,计划运行到2020年,总共获取9年的数据。

  曹俊认为,“一般来说,吸引眼球的都是重大发现,但是发现都是建立在更多默默的基础工作之上的。就象一个金字塔,塔尖很耀眼,更多的研究则是塔身。科学家打造塔身时默默无闻,但没有这些基础,不可能有重大发现的塔尖。从2003年提出实验和探测器设计总体方案,经过八年时间建成,到2012年出成果前都是做着打造塔身的过程。测量有“宇宙隐身人”之称的中微子的振荡更需要沉得下身心,全神贯注。其实,像中微子实验即便无法预期会有重大成果,也要精益求精,反复优化分析方法,寻找新的分析方法,不断提高精度,把装置的能力充分利用好。”

  已经做出重大发现,为什么还要继续运行?曹俊认为,“这个振荡的大小是自然界的一个基本参数,对中微子物理的大部分研究都有关系,对更广泛的粒子物理研究也有重要影响,因此,它的精确测量具有重要价值。它测得越准,其它研究就做得越准,也许就会有一些研究就会达到‘发现’的门槛。”

  数据的积累是一个量变的过程,精确测量不象新发现那么耀眼,但其实是科学研究的常态,是科学发现的基础。曹俊举例说,最近美国费米实验室开始了一个新实验“g-2”的运行,将测量一个基本粒子-缪子的反常磁矩。这个测量已经有了接近60年的历史,首次测量在欧洲进行,精度是2%,现在测量精度达到了千万分之六,发现它跟理论有偏差的迹象,因此,费米实验室准备用新实验将精度再提高4倍。也许这个偏差是个偶然,是理论或者实验不够精确导致的,但一旦确认真的存在偏差,就意味着存在新物理,可能是未知的粒子或者未知的力,又将引导科学家进行新的重大发现。

  曹俊说:“发现中微子新振荡只是说明了它存在,振荡大小不为零。振荡到底是多大,积累更多的数据可以测量得更准确。一般来说,做到数据量大小带来的统计误差比装置本身的系统误差小得多之前,数据量都有科学价值。在规划大亚湾实验的时候,我们预期三年出成果,五年停止运行。装置建成后,仅用了55天的数据,出人意料地发现了新的振荡。探测器质量也比预期好,系统误差比设计小得多,这样装置的科学寿命也更长,可以测得更精确。”

  曹俊认为,即便建立在这些精确测量基础上的“发现”不是我们自己做出的,精确测量的价值也会被同行认可。大亚湾中微子实验先后5次发表了对振荡大小的测量结果,逐步提高精度。每次的论文引用率都是粒子物理领域前0.5%。

  曹俊说:“大亚湾实验在规划时就是单一的科学目标——寻找新的振荡模式。随着高质量数据的积累,我们在另外两个方面也做出了重要成绩。这两个方面都是计划之外的。一是精确测量了反应堆中微子的能谱,发现它与理论模型存在两处差异,中微子的总数比理论少5%,在5MeV能量处存在10%的超出。原因还不是很清楚,我们倾向于原有的核数据不够准确,因此预言不对。另一个是惰性中微子的研究,在很大的区域内排除了其它实验预示的惰性中微子的存在。”

  曹俊介绍,2021年江门中微子实验室又将投入运行并开始物理取数,运行至少20年。实验建造的中微子探测器将是世界上能量精度最高、规模最大的液体闪烁体探测器。主要目标是测量中微子质量顺序。中微子有质量,是目前发现的唯一有坚实实验证据的超出粒子物理标准模型的现象,相关研究有可能发现新物理现象。

  曹俊说:“重大科学发现可遇而不可求。事实上,有不少科学问题的提出、或者科学发现,都是执工匠精神,在精益求精的基础上不断坚持做出的。工匠精神是最脚踏实地的科学精神。”

    (原载于中国科技网:http://www.stdaily.com/kjrb/kjrbbm/201808/699851.shtml


 
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