中国也是世界最大规模的中微子探测实验由王贻芳团队于广东江门开展

2012年3月,在北京的中国科学院高能物理研究所,所长王贻芳与紧张展开着战斗。总数接近300人的研究团队经过55天不眠不休的不断摸索之后收集到了实验数据。不可能出现错误。在带着祈祷进行分析时,计算公式显示出可靠的趋势——以99.9999%以上的精度确定了“第3种中微子振动”。

作为基本粒子,中微子是构成物质的最小单位之一。在物理学和天文学领域,这是全世界研究人员等都在竞相获取成果的最尖端研究主题。在日本,东京大学特别荣誉教授小柴昌俊以此荣获诺贝尔奖,并由此广为人知。王贻芳等人发现的是在这些中微子研究中被视为“最后的未知数”的物理现象。

中微子在目前所知的基本粒子中重量最轻。从宇宙和太阳大量飞至地球,同时反应堆也产生中微子。但是,实际观测极为困难。这是因为中微子非常小,能穿过几乎所有物质。将物质分解为分子乃至原子,然后取出位于其中心的原子核,以地球来比喻,中微子只有米粒大小。在粒子中,未解之谜最多,甚至拥有“幽灵粒子”的绰号。正因为如此,才更有挑战的价值。

WANG-Yifang(图:王贻芳站在他的实验场中)

王贻芳研究的是被称为“中微子振动”的难以理解的现象。

中微子分为电子中微子、μ中微子和τ中微子等3种,具有在飞越空间时不断转变为其它种类的性质。这就是中微子振动,模式有3个。其中2个模式自1990年代末至2000年代初期,借助以日本为中心的若干国际共同实验得以确定。而王贻芳发现的是,由电子型向其它类型转变的最后模式。

中微子备受关注是因为被认为将成为解开宇宙诞生、进化和物质起源之谜的钥匙。

例如“反物质”之谜。有观点认为,在大爆炸带来宇宙诞生之际,产生了构成星星和生物体等的物质、以及带有与之相反的电气的反物质,两者数量相同。但是,现在的宇宙不知为什么只有物质存在。如果弄清不断改变自身状态的中微子的性质,或许就能接近反物质消失的谜团。

“第3种振动”变化非常小,甚至被视为“或许并不存在”。那么,为何中国在这个领域领先呢?王贻芳断言称:“因为合作者很多,而且实验设备精良”。

王贻芳1963年生于江苏省南京市,1984年毕业于南京大学,现任研究员、博士生导师。他人生的转机出现在1985年,当时与一位获得诺贝尔奖的物理学家相遇。他就是华裔美国人丁肇中。随后被邀请到海外留学,在11年里师从丁肇中。“无论是设备还是资金,都是越大越好。国际计划是推进研究的捷径”。丁肇中不断取得新的研究成果,同时切身感受到国际合作的重要性。

2003年,在世界最大规模大亚湾核电站附近,有助于发现“第3种振动”的中微子观测设施开工建设。建设曾遇到难题。需要挖掘与核电站相邻的山体地下,安装6台每台达100吨的巨大中微子探测器。前后大约耗费10年时间,投入的资金达到2.5亿元。而处在从全世界吸引来的合作者中心的是王贻芳。

从2003年起,他和自己的实验团队开启了大亚湾中微子实验项目,到2013年正好10年。

探求没有止境。王贻芳在广东省江门启动了新的研究项目。此次将投入总计20亿元,在地下700米处安装直径35米、高13层的世界最大规模中微子探测器。当然这仍是国际计划。

如今,这位“科学狂人”和他的团队正全力以赴开展中微子实验二期——江门中微子,用他的话说,“还需要一个10年的时间”。

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