大亚湾中微子实验取得重大物理成果的背后

　　新华网北京4月29日电（记者 吴晶晶）在距离我国大亚湾核电站仅360米的地下，坚守着这样一群科学家，他们工作在地下100米的寂静岩洞里，却是奋斗在粒子物理研究的最前沿。

　　他们的研究对象是物质世界最基本的粒子之一中微子；他们所要做的是揭开中微子最后一个未被破解的振荡模式，这是全世界高能物理学家都想解开的谜。

　　经过近10年的不懈努力，大亚湾中微子实验取得了重大成果科学家首次发现中微子的第三种振荡模式，并精确测出了它的振荡几率。这被国际科学界认为是物理学上具有基础意义的一项重大成就。

　　挑战世界科学最前沿

　　中微子是物质世界最基本的粒子之一，对它的认识将揭开宇宙演变的诸多奥秘。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。

　　2003年，为了测量最后一个未知的中微子混合参数，法国、日本、韩国等都竞相提出实验方案。由中科院高能物理研究所提出的大亚湾中微子实验是其中之一。

　　“大亚湾实验有得天独厚的优势。”实验项目副经理、高能所研究员杨长根说，“这里邻近大亚湾核电基地反应堆，能获得足够多的中微子，附近的山还可以屏蔽绝大部分宇宙射线的干扰。”

　　精度高达1%的大亚湾实验方案从全世界8个实验方案中脱颖而出。美国能源部甚至放弃支持本国的两个实验方案，转而支持美国科学家加入大亚湾实验。

　　这项实验得到了科技部、中国科学院、国家自然科学基金委、广东省、深圳市和中国广东核电集团的支持，6家单位共同出资1.57亿元人民币，加上美国等其他国家和地区的出资，使其成为我国基础科学领域最大的国际合作项目。

　　大亚湾国际合作组由来自中国、美国、俄罗斯、捷克及香港、台湾地区的39个研究机构、200余名研究人员组成。其中中方研究人员来自中科院、清华大学、上海交通大学、山东大学、中国原子能研究院等多家单位。此外黄河勘测规划设计有限公司、中铁十五局、广东中泽重工有限公司等20余家企业参加了项目的设计建设、设备制造和科研攻关等。

　　“大亚湾实验开创了国家、地方政府、企业及国际合作共同支持基础研究的先例，是协同创新的重要成果。”高能所原所长陈和生院士说。

　　大亚湾中微子实验由中国和美国共同领导，美方的参与人员来自伯克利国家实验室、布鲁克海文国家实验室、加州理工学院等16家世界一流的科研院所，阵容堪称豪华。

　　“高能物理的国际合作内部竞争非常激烈，没实力就变成光掏钱没有话语权。”项目副经理曹俊说，“中国团队凭实力赢得了尊重。”

　　项目经理、高能所所长王贻芳介绍，大亚湾实验“以我为主”体现在三个方面，一是实验方案全部采取了中科院高能所的设计方案；二是在项目建设中，牢牢地把关键技术掌握在自己手中；三是完整独立地掌握了实验数据全部分析过程，最终发表的文章中采用的也是高能所的结果。

　　项目建设过程中，中国科学家解决了多模块探测器设计、水屏蔽设计、反射板设计等大量技术难题，以出色的工作赢得了国际同行的认可和尊重。

　　掺钆液闪是中微子探测器的一项关键技术，每当捕捉到中微子时，它将会发出微弱的光。而让无机物钆与有机物烷基苯稳定混合在一起，并保持长期透明，是科学界的一大难题。法国的一项同类实验，就因为液闪只使用了100天就变得浑浊，被迫终止。

　　当时，项目组内中美等国提出了多个方案。在第三方评议中，由中科院高能所研制出的液闪配方性能更佳、稳定性更好，最终成为探测器的选择。

　　“我们的声音越来越被重视。”曹俊说，“当项目开始并取得良好进展后，我们收到粒子物理国际学术会议的大会报告邀请显著增加，甚至明显感到国际同行对我们的态度完全不一样了。”

　　大亚湾团队中，有年轻的“90后”，年龄最大的项目总工艺师白景芝已年逾古稀。他们自喻为“一群勤劳的蚂蚁”，工作在没有阳光、阴暗潮湿的隧道，用智慧和劳动建造了一座美丽的科学宫殿。

　　大亚湾实验距离核反应堆仅360米，深入地下100米，要建5个十几米至二十多米高的地下实验厅、3100米长隧道，难度可想而知。隧道施工中，建设人员安全完成了在有特殊安全要求的核岛附近的3000多次爆破，全部满足国家相关要求。

　　为赶进度，每当一个实验厅挖好，实验组人员便进入同步展开设备安装，新挖好的岩洞内燠热潮湿，进去20分钟就浑身湿透。没有水喝，没有厕所，研究人员、工程技术人员仅凭简单的机械和人力，将5个40吨容积的超大罐子搬进了闪液大厅。每天回到驻地后，大家甚至累得只能躺着洗个凉水澡。

　　为了与国际同行“赛跑”，2011年9月，科研人员果断改变原来的实验方案，“变阵提速”，将实验分为两个阶段。在紧张的数据分析冲刺阶段，一个由“70后”带领的，由“80后”和“90后”组成的年轻团队日夜拼搏，完成了实验数据的获取、修正、分析等，终于赢得先机。

　　作者：吴晶晶