王貽芳 追著“中微子”跑的人

梁偉

2019年9月7日，第四屆“未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)”在北京揭曉。中國(guó)科學(xué)院院士王貽芳摘得三項(xiàng)大獎(jiǎng)之一的“物質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)”。他長(zhǎng)期從事高能物理實(shí)驗(yàn)研究，率先提出了中微子研究項(xiàng)目，并帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)先后從大亞灣實(shí)驗(yàn)和江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)站的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行中微子物理性能的探測(cè)和研究并取得重要成果。

他的中微子震蕩實(shí)驗(yàn)被《科學(xué)》雜志評(píng)為世界年度十大科學(xué)突破，獲得2016年度國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)，同年獲得了科學(xué)界第一巨獎(jiǎng)——“基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎(jiǎng)”，獎(jiǎng)金300萬(wàn)美元。而他也是首位獲得“基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎(jiǎng)”的中國(guó)科學(xué)家。

中微子是構(gòu)成物質(zhì)世界的12種基本粒子中人類了解最少的一個(gè)，也是破譯宇宙起源與演化密碼最重要的一把鑰匙。大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所所長(zhǎng)王貽芳一直與它結(jié)緣。

早在2003年，王貽芳的團(tuán)隊(duì)就提出設(shè)想，利用我國(guó)大亞灣核反應(yīng)堆群產(chǎn)生的大量中微子，來(lái)尋找中微子的第三種振蕩，并提出了實(shí)驗(yàn)和探測(cè)器設(shè)計(jì)的總體方案。他多方奔走，呼吁國(guó)內(nèi)開(kāi)展這一實(shí)驗(yàn)研究。王貽芳通過(guò)自己的影響力，團(tuán)結(jié)了一批一批國(guó)內(nèi)和美國(guó)華裔科學(xué)家，這其中就包括從美國(guó)歸來(lái)的項(xiàng)目副經(jīng)理曹俊、項(xiàng)目電子學(xué)負(fù)責(zé)人李小男等眾多優(yōu)秀科學(xué)家。經(jīng)過(guò)這些集體智慧的博弈，大家也都明白這將是對(duì)高能物理學(xué)界具有里程碑意義的大型實(shí)驗(yàn)。

2006年，大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)國(guó)際項(xiàng)目正式啟動(dòng)，這是美國(guó)能源部在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域?qū)ν馔顿Y第二大的國(guó)際合作。中國(guó)（包括香港和臺(tái)灣地區(qū)）、美國(guó)、俄羅斯、捷克等6個(gè)國(guó)家和地區(qū)的30多個(gè)研究單位的190多位研究人員組成的團(tuán)隊(duì)順利誕生。這其中，以王貽芳為代表的中方緊緊把握了實(shí)驗(yàn)的主導(dǎo)權(quán)。用了不到一年的時(shí)間，大亞灣核反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)室建設(shè)啟動(dòng)。

三年建設(shè)、一年安裝。又過(guò)了四年，2011年底，大亞灣的探測(cè)器準(zhǔn)備就緒。但這并不意味著中國(guó)在尋找中微子的賽跑中走在了世界前列。早在半年之前，日本T2K中微子實(shí)驗(yàn)就發(fā)表了θ13的測(cè)量結(jié)果，但置信度只有2.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差，雖然還沒(méi)有達(dá)到5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，但這一結(jié)果已經(jīng)被《物理世界》列為當(dāng)年十大物理突破，除此之外，美國(guó)、法國(guó)、韓國(guó)都跑在了我們的前面。

但是這樣的局面沒(méi)有持續(xù)太久，僅僅過(guò)了55天，王貽芳和他的團(tuán)隊(duì)就測(cè)得新的中微子振蕩模式，定量來(lái)說(shuō)，θ13不為零的置信度達(dá)到了5.2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差。大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)國(guó)際合作組成員、美國(guó)杰佛遜國(guó)家實(shí)驗(yàn)室副主任羅伯特·麥克歐文說(shuō)：“這是中國(guó)本土迄今為止最重要的物理學(xué)成果。”

2012年底，美國(guó)《科學(xué)》雜志評(píng)選的年度十大科學(xué)突破，大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)赫然在列。的確，這是一項(xiàng)重大科學(xué)成果，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了這種新的中微子振蕩模式，首次精確測(cè)量到其振蕩幅度，從而開(kāi)啟了未來(lái)中微子發(fā)展的大門(mén)。大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)這一重要發(fā)現(xiàn)，還將使科學(xué)家對(duì)物質(zhì)世界的基本規(guī)律有新的認(rèn)識(shí)，為未來(lái)進(jìn)行下一代中微子實(shí)驗(yàn)以探索研究宇宙中物質(zhì)和反物質(zhì)不對(duì)稱性即破解“反物質(zhì)消失之謎”，開(kāi)啟了道路和奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

而大亞灣中微子二期實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的主要物理研究目標(biāo)是利用反應(yīng)堆中微子振蕩確定中微子質(zhì)量順序，對(duì)于人類了解物質(zhì)微觀的基本結(jié)構(gòu)和宏觀宇宙的起源與演化具有重要意義。