■本報記者 倪思潔

　　2011年底，中科院高能物理所研究員曹俊從科學網(wǎng)博客“蒸發(fā)”了3個月。直到2012年3月8日凌晨，一篇新博文出現(xiàn)了，上面寫著：

　　“大亞灣反應堆中微子實驗將于2012年3月8日14:00在高能物理所召開新聞發(fā)布會，16:00舉行特別報告會，報告實驗的最新結(jié)果?！?那天，高能物理所發(fā)布的結(jié)果，正是2016年國家自然科學獎一等獎的研究成果——大亞灣反應堆中微子實驗發(fā)現(xiàn)的中微子振蕩新模式。

　　從無到有 八年一劍

　　2003年，留學美國從事中微子實驗工作的曹俊想回國了。當時，國內(nèi)只有中微子的理論研究，實驗研究幾乎為空白。如果回國，曹俊很可能面臨“英雄無用武之地”。

　　直到有一天，他接到了一通來自高能物理所現(xiàn)任所長王貽芳的電話。很快，在王貽芳的領導下，一支四五人的團隊開啟了對大亞灣中微子實驗的最初構(gòu)想。

　　長期以來，物質(zhì)世界的基本組分及其相互作用是自然界最基本的科學問題之一，而粒子物理是對分子、原子、原子核研究的自然發(fā)展與深化。描述基本粒子及其相互作用的“標準模型”與所有實驗數(shù)據(jù)均符合，取得了巨大的成功。

　　然而，1998年，科學家首次發(fā)現(xiàn)了大氣中微子振蕩，2002年又發(fā)現(xiàn)了太陽中微子振蕩。

　　“這樣的發(fā)現(xiàn)表明中微子是具有微小質(zhì)量的，這成為目前唯一超出粒子物理標準模型的新物理實驗證據(jù)?！贝髞啚持形⒆訉嶒烅椖康谝煌瓿扇送踬O芳告訴《中國科學報》記者。

　　于是，全世界的粒子物理學者將目光聚焦于用反應堆中微子尋找第三種振蕩的問題。

　　在解決了項目地點和經(jīng)費困難后，2007年10月，大亞灣反應堆中微子實驗開工。2011年8月15日，大亞灣中微子實驗1號廳開始取數(shù);2011年11月5日，2號廳開始取數(shù);2011年12月24日，3號廳開始取數(shù)。至此大亞灣中微子實驗正式運行。

　　在2012年的頭兩個月里，科學家開始了緊鑼密鼓地取數(shù)、分析工作?！霸趯嶒炦€沒有正式運行前，1號廳就已經(jīng)產(chǎn)生了很多數(shù)據(jù)，我們用這些數(shù)據(jù)‘看懂’了探測器，建立了分析方法。更早以前，從2010年開始，我們就用模擬軟件產(chǎn)生假數(shù)據(jù)，反復練習，提前為正式的物理分析做準備?！辈芸≌f。

　　國際競爭 唯“快”不破

　　就在王貽芳和他的團隊構(gòu)思反應堆中微子振蕩實驗時，國際同類實驗亦如火如荼。

　　“當時國際上共有7個國家提出8個方案，最終3個得以實施，大亞灣探測精度最高，數(shù)據(jù)獲取效率位居國際同類裝置第一?！蓖踬O芳回憶，當時，韓國的RENO實驗和法國的Double Chooz實驗也都致力于尋找中微子的第三種振蕩。

　　2012年2月，正式運行后的第二個月，科研人員發(fā)現(xiàn)了中微子的第三種振蕩。3月8日，成果發(fā)布，比韓國RENO實驗快了25天。

　　“之所以這么快，是因為我們有很多工作是并行的，包括模擬分析、理解探測器、設備調(diào)試等。”曹俊說。

　　成果的論文發(fā)表后，國際著名科學雜志和媒體發(fā)表報道與評論上百篇。美國《科學》雜志將其評為2012年十大科學突破之一，并稱“如果大型強子對撞機的研究人員沒有發(fā)現(xiàn)標準模型之外的新粒子，那么中微子物理可能是粒子物理的未來，大亞灣的實驗結(jié)果可能就是標志著這一領域起飛的時刻?！?/p>

　　因為這項成果，王貽芳及大亞灣實驗合作組還與其他4個實驗組分享了2016年度基礎物理學突破獎。

　　根據(jù)有關規(guī)定，科技成果需要實踐檢驗3年后才能被推薦至國家科學技術(shù)獎。4年后的今天，該成果獲得國家自然科學獎一等獎，這對于實驗組成員來說同樣是非?？斓?。

　　“這是國內(nèi)最高的榮譽，也是對合作組成員極大的鼓舞?！蓖踬O芳說。大亞灣實驗合作組由來自中國、美國、俄羅斯、捷克、中國香港和中國臺灣的38個研究機構(gòu)、約270名研究人員組成。其中約150人來自境內(nèi)單位的16個高校和研究所。

　　項目前景 精益求“精”

　　無論王貽芳還是曹俊，經(jīng)常會被問到這樣的問題：“項目剛開始運行兩個多月就發(fā)現(xiàn)了第三種振蕩，之后你們還干了些什么?”

　　每每遇到這樣的問題，這兩位科學家總會顯得有點“執(zhí)拗”?！爱敃r的成果，一方面回答了中微子第三種振蕩是否存在，另一方面報告了這個振蕩有多大。第一個問題已經(jīng)完全解決，但是振蕩的大小還需要不斷提高測量精度。”曹俊說。

　　從2012年至今，大亞灣中微子實驗的精度從此前的20%提高到了4%。

　　“這是自然界的一個基本參數(shù)，它的大小對幾乎所有的中微子研究都有影響，我們希望這個項目運行到2020年，進一步提高精度，將實驗裝置的潛力充分發(fā)揮出來?！辈芸≌f，“另外，去年我們測得了最精確的反應堆中微子能譜，發(fā)現(xiàn)與理論預期存在兩處偏差，這也是一個非常重要的成果，需要進一步研究?！?/p>

　　除了大亞灣中微子實驗繼續(xù)提高精度外，王貽芳正在主持的我國第二個大型中微子實驗項目——江門中微子實驗已經(jīng)開建，預計在2020年進行取數(shù)工作。

　　“江門中微子實驗將致力于測量中微子的質(zhì)量順序，并進一步精確測量中微子混合參數(shù)，其土建工程規(guī)模約是大亞灣反應堆中微子實驗項目的3至5倍。”王貽芳告訴記者。由于有了大亞灣中微子實驗的鋪墊，江門中微子實驗的審批難度低了一些，但技術(shù)挑戰(zhàn)卻并未減少。

　　2016年11月，國內(nèi)首條年產(chǎn)7500支的20英寸光電倍增管生產(chǎn)線建成運行，將為江門中微子實驗提供可以更精確地將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的器件，至此，高能物理所牽頭的產(chǎn)學研合作組用了4年時間，終于實現(xiàn)了該器件的國產(chǎn)化。

　　為了讓大亞灣中微子實驗的測量精度更高，也為了給江門中微子實驗提供更多預先研究的機會，大亞灣中微子實驗團隊的科研人員也給自己提出了不少新挑戰(zhàn)。“我們要打開裝著探測器的大水池，對探測器進行更精確的標定，然后改造其中一個探測器，為江門中微子實驗進行測試和預研究。”曹俊說。

　　“精度越高，能發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容就越多，或許就差那么一點點，我們就會錯失認識世界的機會?！辈芸≌f。

　　《中國科學報》 (2017-01-10 第1版 要聞)