不出意外地，在媒體座談會上，中科院高能物理研究所所長、中科院院士王貽芳又一次遇到了那個這些年回答過無數(shù)次的問題，“為什么要建（大科學裝置），有什么用？”或者說“跟我們普通人有什么關系？”

　　這位物理學家一如既往耐心地從中微子是什么講起，講競爭激烈的國際中微子研究，講對于宇宙基本規(guī)律的探索，講各國的基礎研究。

　　呼吁多年，王貽芳也感到了這些年大家對大科學裝置的積極變化。在他看來，“建設大科學裝置就像誰最先有望遠鏡、顯微鏡，誰最早得到科學最新的東西，誰做了誰就走在前面?！?/p>

　　他還談到了國際合作對于基礎研究的重要性。江門中微子實驗是19個國家和地區(qū)共同參與的一次大規(guī)模國際合作，這在此前并不多見。近年來，無論是大亞灣反應堆中微子實驗、江門中微子實驗還是大型環(huán)形正負電子對撞機，中科院高能所正逐漸把世界科研的目光吸引到中國。

中科院高能物理研究所所長、中科院院士王貽芳。中科院高能所供圖

　　地下700米的大國重器

　　江門中微子實驗位于廣東省江門開平市金雞鎮(zhèn)的一個村落，一路坐車從窗外看去，可以看到大片的農(nóng)田、民房，偶爾出現(xiàn)的農(nóng)家樂飯店低矮破舊。

　　很多人不知道的是，這里默默進行著一場國際“競賽”：這個以測量中微子質(zhì)量順序為首要科學目標的大科學裝置，建成后將與日本的“頂級神岡中微子探測器”和美國的“深部地下中微子實驗”設施形成中微子研究的鼎足之勢。

　　江門中微子實驗。南都記者 王凡 攝

　　為什么選址在這里？王貽芳告訴記者，最終確定在這里，是因為從地圖上看，這里和陽江核電站、臺山核電站正好形成一個“等腰三角形”，實驗室距離兩個核電站均為53公里。據(jù)了解，核電站發(fā)電會產(chǎn)生大量中微子，距離核反應堆50-55公里的地方建造往往是理想的地點?！袄脙蓚€核電站，我們的實驗造價就省了一半的錢。”他說。

　　乘坐近15分鐘的軌道牽引車后，南都記者來到地下700米的山洞——實驗大廳所在地。在這里，記者看到了江門中微子實驗的“心臟”——中微子探測器。探測器的主支撐結(jié)構(gòu)是一個巨大的“鋼球”，使用了大約900噸的不銹鋼材料。王貽芳解釋稱，“和碳鋼相比，不銹鋼較軟，且較難得到需要的剛度和精度，但鋼球在水中需浸泡30年，還是得用不銹鋼?！?/p>

　　地下700米的山洞。南都記者 王凡 攝

　　中微子探測器。中科院高能所供圖

　　未來，中微子探測器將浸泡在位于地下實驗大廳內(nèi)44米深的水池中央，它由直徑41米的不銹鋼網(wǎng)殼、直徑35.4米的有機玻璃球、以及2萬噸液體閃爍體、2萬只20英寸光電倍增管、2.5萬只3英寸光電倍增管等關鍵部件組成。

　　據(jù)介紹，之所以把探測器放在很深的地下，是用巖石來阻擋宇宙射線，將其泡在水池中，是用水來阻擋來自巖石、空氣、灰塵的天然放射性干擾。

　　那什么是液體閃爍體，光電倍增管又是干什么的？據(jù)了解，液體閃爍體99.7%的成份是日用洗滌劑的一種原材料——烷基苯，液體閃爍體是探測中微子的介質(zhì)，當大量中微子穿過探測器時，偶爾會在探測器內(nèi)發(fā)生反應，發(fā)出極其微弱的閃爍光。

　　按照設計，液體閃爍體被密封在鋼和有機玻璃制作的容器中，然后被浸泡在一個巨大的水池中。鋼架上將安裝可以將光信號轉(zhuǎn)變成電信號的光電倍增管，中微子在液體閃爍體中發(fā)生反應后發(fā)出的閃爍光可以被光電倍增管捕捉到。探測器建成后，水池將封蓋，探測器將在“不見天日”的情況下運行30年。

　　王貽芳向南都記者介紹這一“大國重器”。中科院高能所供圖

　　捕捉“幽靈粒子”

　　了解江門中微子實驗，需要先談談什么是中微子。中微子被稱為“幽靈粒子”，因為它在十二種基本粒子中最小、最輕，也沒有電荷，最難探測，所以人們對它的了解也最少。

　　王貽芳曾用一個比喻這樣介紹自己的研究對象：蓋房子需要磚，所有的基本粒子就像是磚塊，一起構(gòu)成了宇宙，這些磚塊共有12種，其中3種就是中微子。通過研究中微子，可以知道物質(zhì)世界的構(gòu)成，知道物質(zhì)世界為什么成為今天的世界。

　　來自世界各國的科學家，都絞盡腦汁去捕捉中微子的蛛絲馬跡。中微子分為電子中微子、μ中微子和τ中微子三種，中微子振蕩就是指三種中微子的相互轉(zhuǎn)化和混合。在此之前，日本和加拿大的科學家發(fā)現(xiàn)已知三種中微子之間的兩種振蕩模式，但第三種中微子振蕩模式一直未被發(fā)現(xiàn)。

　　2012年3月，王貽芳領銜的大亞灣中微子團隊宣布，首次探測到中微子的第三種振蕩模式。這一發(fā)現(xiàn)為超出標準模型的新物理研究，特別是解釋宇宙中物質(zhì)與反物質(zhì)不對稱性提供了可能。這一成果使得王貽芳被授予2016年“基礎物理學突破獎”，他也是唯一獲得該獎項的中國科學家。

　　2020年12月，大亞灣核反應堆中微子實驗裝置退役，后繼者就是江門中微子實驗。相較前者，江門中微子實驗以“測量中微子的質(zhì)量順序”為首要科學目標，這也是國際中微子研究的核心問題，而且此次實驗規(guī)模更大，實驗也更加靈敏。

　　王貽芳告訴南都記者，從世界范圍來看，中微子研究是高能物理界最熱門的研究領域之一，另一個則是希格斯粒子。目前，該領域國際競爭也相當激烈。被問及是否擔心其他國家率先取得成果，王貽芳顯得很有信心，“現(xiàn)在看不會，我們比他們提早5年。”

　　國際科學界非常重視中微子，諾貝爾物理學獎多次頒發(fā)給相關研究。被問到是否有可能憑此成果獲諾貝爾獎，他顯得毫不在意，“誰曉得，跟這沒什么關系?！?/p>

　　以測量中微子質(zhì)量順序為首要科學目標的大科學裝置。南都記者 王凡 攝

　　大科學裝置成為城市“名片”

　　不出意外地，在媒體座談會上，王貽芳又一次遇到了那個這些年回答過無數(shù)次的問題，“為什么要建，有什么用？”或者說“跟我們普通人有什么關系？”

　　在他看來，大科學裝置分為兩類，一類具有應用價值，還有一類立足基礎科學前沿，不直接產(chǎn)生經(jīng)濟效益。前者指的是，一些大科學裝置他們本身可以和國家重大需求相結(jié)合，帶來的效益顯而易見，比如中國散裂中子源，江門中微子實驗則更多屬于后者。

　　中國科學院高能物理研究所副所長、散裂中子源科學中心主任陳延偉告訴南都記者，國家發(fā)改委布局建設的中國散裂中子源當初落戶東莞市大朗鎮(zhèn)時，這里還只有一大片荔枝林。如今投入應用4年時間，中國散裂中子源已成為相當“火爆”的科學裝置，多家科研團隊和企業(yè)排隊申請應用。

　　了解散裂中子源，首先從中子講起。中子由于不帶電，不易受到帶電質(zhì)子和電子的阻礙，能比其他探測方式更為輕松地穿透物質(zhì)。中子束打到被研究的樣品身上，大多數(shù)會不受任何阻礙而穿過樣品，但有些中子會與研究對象的原子核發(fā)生相互作用，其運動方向也會發(fā)生改變，向四周“散射”。測量中子散射的軌跡及其能量和動量的變化，就可以精確地反推出物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

　　為了源源不斷地產(chǎn)生中子，科學家們要建設一個類似于“中子工廠”的大科學裝置，這就是散裂中子源裝置，人們把它稱為研究物質(zhì)材料微觀結(jié)構(gòu)的“超級顯微鏡”。

　　據(jù)陳延偉介紹，中國散裂中子源為國家急需的許多高性能結(jié)構(gòu)材料攻關提供了關鍵技術平臺。舉例來說，無論是高鐵的車輪還是飛機的發(fā)動機都可能出現(xiàn)金屬疲勞，現(xiàn)在科學家通過散裂中子源來測量金屬疲勞的程度，這和千萬人的生命安全息息相關。

　　不僅如此，大科學裝置落地后，成千上萬的高科技人才匯集于此，優(yōu)化了當?shù)氐娜瞬沤Y(jié)構(gòu)。而對于當?shù)氐拇髮W和企業(yè)來說，影響更加直接。

　　陳延偉告訴南都記者，如今這里的年均公眾參觀訪問量超1萬人次。最夸張的是一次科普活動中，科研人員半天就接待了6000人次，“從香港、湖北、湖南等地專程過來的車一路排到了高速路口。”目前，該平臺的注冊用戶已超過3800人，2021至2022年度申請課題數(shù)同比增長了122%，課題申請的通過率為29%，相當于100份課題申請書中只有29份能夠通過。

　　在王貽芳看來，無論是FAST天眼也好，中國散裂中子源也好，這些大科學裝置都提升了地方的知名度，成為了所在城市的一張名片。“比如在東莞，有人聽說隔壁就是中國散裂中子源，那人家就愿意來投資?！?/p>

　　江門中微子實驗位于廣東省江門開平市金雞鎮(zhèn)的一個村落。中科院高能所供圖

　　“我們?yōu)榱俗约旱目茖W去做”

　　事實上，江門中微子實驗也間接催生了不少新技術和新產(chǎn)業(yè)，其中最常被提起的就是關鍵器件——光電倍增管。

　　在地下700米的實驗大廳，南都記者見到了外形酷似“圓眼睛燈泡”的光電倍增管。據(jù)了解，國內(nèi)曾經(jīng)生產(chǎn)過小光電倍增管，后來被日本濱松壟斷。為了滿足江門中微子實驗“世界最高探測效率”的需求，研究所與企業(yè)成立聯(lián)合體共同研制20英寸的光電倍增管。經(jīng)過6年的努力終于達到要求，實現(xiàn)了批量生產(chǎn)。之后研制的高速光電器件被廣泛應用于國家安全、醫(yī)療、科研等方面。

　　“我們不跟他提需求，企業(yè)也想不到做這些事情?！蓖踬O芳曾在2021未來青年論壇上發(fā)表演講時稱，正是科學家和工程師的這一次合作，使中國的光電器件一下子走到了國際前列。

　　在很多人眼中，不少大科學裝置距離人們的生活太過遙遠。過去這些年，王貽芳在多個場合向外行人科普自己在做的中微子研究，但他也明白，讓大家都聽懂不太現(xiàn)實，自己只能盡力而為。

　　座談會上，有媒體提問，江門中微子實驗會對當?shù)啬酥粱浉郯拇鬄硡^(qū)的創(chuàng)新升級帶來什么？面對這個有些“宏大”的問題，王貽芳回應說，“我們做的大科學裝置只是貢獻自己很小的一份力量，把我們自己的事情做好，剩下的事情自然而然會發(fā)生，但我們不是為了這些影響做的，我們?yōu)榱俗约旱目茖W去做?！?/p>

　　在所有的動機中，真正讓王貽芳和他的科學家同事們愿意耗費多年心血（大科學裝置從提出到建造往往以5年、10年為計）的根本動機，就是希望了解這個世界的好奇心?！皩W物理就希望了解這個世界，初心就是希望在對整個物質(zhì)世界的認識中能做出自己的一點貢獻?！彼f。

　　呼吁這么多年，王貽芳也感到了這些年大家對大科學裝置的積極變化。陳延偉也有類似感受，十幾年前散裂中子源初到廣東東莞時，大家對大科學裝置幾乎完全不了解，他們還曾帶了不少當?shù)卮迕竦缴⒘阎凶釉磪⒂^并講解。如今，已經(jīng)有越來越多人認識到大科學裝置的重要性。

　　王貽芳告訴記者，人們覺得大科學裝置有用，更多是認為大科學裝置主要解決國家目前經(jīng)濟發(fā)展的需求，不過在他看來，這是大科學裝置成果的其中一個方面，更重要的是要讓中國的基礎研究走在國際前列。

　　如今，全世界高能物理學界正在展開一場無聲的“競賽”。王貽芳認為，人們通過各種儀器擴展自己的感知能力，比如眼鏡、望遠鏡、顯微鏡，現(xiàn)在用的是加速器，越小的粒子需要越大的科學裝置，現(xiàn)在就看誰先下決心去做這件事情，“就像誰最先有望遠鏡、顯微鏡，誰最早得到科學上最新的東西，誰做了誰就走在前面?！?/p>

　　談國際合作：如果不能吸引別人投資，說明你還不夠優(yōu)秀

　　自2014年成立國際合作組，江門中微子實驗至今已發(fā)展為由19個國家和地區(qū)的74個科研單位600余位科學家組成的大型國際合作組，如此大規(guī)模的國際合作可能在中國科學界是第一次。

　　王貽芳認為，用于基礎研究的大科學裝置一定要有充分的國際合作，要積極爭取國外的參與和實物貢獻。據(jù)介紹，江門中微子實驗國外人數(shù)上貢獻了一半之多。

　　對于基礎研究來說，這種國際合作使得投入更加有效，覆蓋面更廣，研究成果的影響力也會擴大，“十幾個國家，這些人都會到自己國家宣傳，項目影響力可能會乘以5倍、10倍?！?/p>

　　此外，國際合作對于選擇優(yōu)秀的項目極其重要，在項目立項階段，國際評審能避免利益沖突。一個項目在17個國家都能有說服力，那說明這個項目很可行?！叭绻悴荒芪齽e人投資，那說明你不夠優(yōu)秀?！蓖踬O芳說。

　　近年來，無論是大亞灣反應堆中微子實驗、江門中微子實驗還是大型環(huán)形正負電子對撞機，中科院高能所正逐漸把世界科研的目光吸引到中國?！鞍岩粋€科學的中心建在中國，讓別人向往我們，讓他們都到我們這里來?！蓖踬O芳說。

源自南方都市報 2022.8.31版 原地址：https://m.mp.oeeee.com/a/BAAFRD000020220831718141.html?layer=2&share=chat&isndappinstalled=0&wxuid=ogVRcdMFq5d2C1cr0hVA2lI6EadM&wxsalt=8ae976