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我们是中微子“捕快”(人民日报)
2011-11-10|文章来源:人民日报 |【
 

好一群“金色的蚂蚁”。  唐晓摄

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  闻名世界的深圳大亚湾核电站里,有一群默默无闻的“地下工作者”。

  工作地点,距离核反应堆360米、深入地下100米;唯一任务,捕捉无处不在却神秘难测的中微子。他们是谁?他们是一群坚守在闷热潮湿的寂静岩洞、奋斗在粒子物理研究前沿的勇士。

  日前,记者来到南海之滨的大亚湾,深入岩洞,一探究竟。

  智擒“隐形客” 探求中微子最后未解的振荡模式

  要认识他们,先要认识中微子。

  它是什么?人类至今无法精确描述,只知道,它与宇宙同龄,是物质世界最基本的粒子之一,取名“中微子”。每平方厘米地面,每秒钟内会落下约10万亿个中微子。

  揭开它的神秘面纱,将改变人类对物质的认识,了解宇宙演变的诸多秘密。最近20多年,世界上有6位研究中微子的科学家获得诺贝尔奖。

  中国的大亚湾中微子实验,测量的是中微子的“第三种振荡模式”。中科院高能物理研究所所长、大亚湾中微子实验项目工程负责人王贻芳解释,所谓“第三种振荡模式”,是中微子最后一个未被破解的振荡模式,即最后一个未知的混合角,称为θ13,其数值的大小决定了未来中微子物理研究方向,并与宇宙“反物质消失之谜”有关。

  “实际上,我们是进行中微子消失的检测。”为了解开记者心中的疑团,大亚湾中微子实验电子学系统负责人王铮研究员亲自驾驶电瓶车,带记者缓缓进入地底深处岩洞,一边参观,一边介绍。

  大亚湾核反应堆产生海量的中微子。两个近点探测器测量其初始通量,远点探测器寻找预期中的通量减少。只有准确记录远、近探测器的通量差别和能量分布,才能测量中微子混合角θ13。

  探测中微子是一项基础研究,有什么实际用途吗?“眼前没有,未来或许很多。”王铮笑着说:“中微子具有传播中损耗小、穿透力强、难以捕捉、不易被改变等特点,适合传播信号、扫描地质等。高能加速器产生10亿电子伏特的中微子穿过地球时只衰减1%。。”

  今年8月15日,安装在大亚湾地下的探测器,成功探测到来自核电站反应堆的中微子,专家预测,要测量θ13到1%的精度,大约需要两年取数时间。

  世界“大比武” 中国从世界8个方案中脱颖而出

  探测中微子,是人类与自然的较量,也是国际粒子物理学界的合作与竞技。

  中微子能穿岩破壁,以光速直飞,几乎不与其他物质发生反应,极难捕捉到。要让它“现身”,必须用高精度探测器,在中微子流量大的地方测量。

  “大亚湾核电站恰好具备这两个条件。”负责设备安装的高级工程师唐晓说:“这里中微子流量大,宇宙线干扰少。”

  8年前,中国科学院高能物理研究所提出,利用大亚湾独一无二的地理条件开展中微子测量实验。这一方案立即得到国际同行的支持,从全世界8个实验方案中脱颖而出。美国能源部放弃支持本国两个实验方案,转而支持美国科学家加入大亚湾实验项目。

  大亚湾中微子实验,成为中美在基础研究领域规模最大的合作项目之一,也是美国能源部在国外投资额度第二大的粒子物理实验项目。中方投资1.6亿元,美方投资了相当于8000万元人民币的设备。

  一批精兵强将迅速在大亚湾“集结”。在美国费米实验室工作的曹俊、李小男接到中科院高能所的邀请,立即回国,投身大亚湾中微子实验项目。“这是一个难得的机遇。”现任大亚湾项目中方主管的李小男并不后悔当初的选择。

  2006年,大亚湾国际合作组成立。5年来,长期驻守大亚湾的骨干保持二三十人,先后参与轮值的科研人员达250余人,来自6个国家和地区的39个研究机构。

  大亚湾中微子实验中一半的人员来自美国,包括布鲁克海文国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、加州理工学院、普林斯顿大学等16家世界一流的科研院所。中美各承担了约一半的探测器任务,负责的部件接口众多,双方必须紧密配合。中国与美国的时差大,大亚湾的晚上正好是美国的白天。为了与美方专家讨论,大亚湾实验项目研究人员大多白天上班,晚上上网交流,大家早已习以为常。

  建造“水晶宫” 生活单调、心灵快乐的“金色蚂蚁”

  多数日子里,大亚湾风平浪静。

  但是,大亚湾中微子实验项目团队的中方成员,很少有放松的感觉。

  低成本、高设计,实验项目一开始就面临“两难”——施工难、安装难。

  岩石地下100米,5个数十米高的地下实验厅,3100米长隧道。这样的施工环境,要求高,难度大。隧道施工中,安全完成在有特殊安全要求的核岛附近的全部3000多次爆破,全部满足国家核安全局的震动要求。然而,整个土建工程只花了9000万元。为了节省经费,大家每分钱掰开花。实验项目地下隧道只凿6米高,5.9米高的探测器钢罐刚刚能通过。

  实验装配大厅在地下,潮湿闷热,人进去20分钟就会浑身湿透,没有水喝,没有厕所,研究人员、工程技术人员必须凭借简单的机械和人力,完成中微子探测器的装配。每个探测器内有上百个关键部件,操作稍有失误,就会前功尽弃。

  马骁妍、唐晓两员“女将”,担当现场安装责任工程师,白天在现场组织安装,晚上编制下一步计划,分析每一组测量数据,发现问题并找出解决办法。

  安装、调试人员每周工作6天,没有正常的节假日。一回到宿舍,只想倒头睡觉。可是,第二天一早醒来,又匆匆钻进隧道。他们在博客中自称是“金色的蚂蚁”,“在没有阳光的地下,用智慧和劳动建造了一个美丽的水晶宫。”

  大亚湾,自然风光优美。但时间久了,寂寞、思念随之而来。

  王志民博士刚到大亚湾时,孩子出生不到3个月,妻子独自承担一切。他两三个月不能回家,只能每晚给妻子打电话。后来,他连打电话也发憷,因为怕听到妻子的抱怨。

  连续3年,唐晓每年一多半时间待在大亚湾。其间,远在北京的儿子经历了中考和高考、婆婆生病住院到病逝、丈夫锁骨骨折、76岁母亲独自生活……她在博客中这样写道:“连续3年的清明节我都在大亚湾,没能与家人一起去给父亲扫墓。父亲离世整整10年了,这是我心中永远的痛。 ”

  为了省租金,团队20多人租住在远离实验地点的农民屋。年轻的,只20多岁;年龄最大的,是项目总工艺师白景芝,今年已经72岁,从项目初建至今,他每年有大半时间在大亚湾度过。

  他们的生活单调,但心灵快乐。当θ13的上限和下限在握之时,也是他们结束长长的相思、与亲人含泪会面的幸福时刻。

  (《人民日报》 2011-11-09 12版)


 
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