物理学
“抢”出来的大科学领跑者
2012-05-20
      如今,曹俊心里的石头终于落下了。“虽然这场比赛还远没有结束,但从最新的实验结果来看,中国已经抢到了‘领跑’位置。”
      4月27日,《大亚湾中微子实验发现电子反中微子消失》论文在美国《物理评论快报》出版发表。作为该文的执笔者和通讯作者,这位中科院高能物理研究所研究员已经等了整整50天。
      今年全国两会期间,一个不起眼的科技新闻淹没在频频传播的时政新闻中;但在中国高能物理界,乃至世界基础物理研究领域,这个新闻发布会上有关“科学家们首次发现中微子的第三种振荡模式”的消息还是引起了一番不小的震动——
      美籍华裔物理学家、诺贝尔奖得主李政道说:“这是物理学上具有重要基础意义的一项重大成就”;《自然》杂志发文称:“这个(实验发现)表示中微子振荡的难以捉摸的参数,现已被首次精确地测量”;《科学》杂志给出的评价是:“该成果为‘中微子与反中微子行为间不对称’的实验铺平了道路,这样的实验将帮助解释为何现在的宇宙中有如此多的物质,却只有那么一丁点儿的反物质这一问题。”
      甚至,有国内科学家认为,这是半个多世纪以来国人在基础物理领域取得的最重要的实验成果。这种说法用诺贝尔奖来衡量的话,或许更具参考价值,因为此前发现前两种振荡模式的美国和日本科学家均已获得这一科学界最高荣誉奖。
      彼时坐在发布会现场的中科院高能所所长、大亚湾中微子实验项目发言人王贻芳却依旧保持低调,在用公众听来艰涩难懂的学术语言发布完信息后,他坦言,回过头来看,这场战役打得并不轻松,“如果当初稍微晚一些,整个实验就打了水漂”。
      这话不假。中科院高能所研究员、该项目副经理杨长根则更为直白地表示:“这就是一场比赛。”中微子第三种振荡是一个高能物理领域人尽皆知的命题,但要精确地“捕捉”到它并不容易,“这需要先进的方案、设备以及精确的测算”。换言之,目标已经在那里,就看谁第一个到达那儿。
      “赛事”从一开始就弥漫着紧张的气息。2003年,法国、日本、韩国、中国等都竞相提出实验方案,由中科院高能所提出的大亚湾中微子实验只是其中之一。4月中旬,记者深入大亚湾核电站实验现场进行实地采访。
      壁灯照亮两侧,顺着3公里长的斜形隧道来到地下,大亚湾中微子实验站的主体出现在眼前。它由地面控制室和地下5个实验室组成,这里距离地面最深处达320米。“不能多挖深或挖宽一厘米,每多一厘米就多几万元的造价。”杨长根说。
      他提到了整个实验团队遇到的第一个问题——资金。从实验站的资金报表上可以看出,能“拼凑”出资金,来之不易。最开始,王贻芳、曹俊拿出自己的“百人计划”人才基金,加上高能所特批的几十万元;后来,这项实验才陆续得到科技部、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,最终成为中国基础科学领域最大的国际合作项目。
      不过,这也正是大科学的魅力所在,“看的就是你调动资源的整合能力、管理团队的水平、实验数据的分析水平等等。”杨长根说。多学科交叉和大型实验装置建设是大科学研究的两大主要特点,工程技术在其中占据了举足轻重的地位,有时直接决定了科学研究的成败。
      刚开始,这一工程并不乐观。“核电站就在身边,不能出现任何的闪失。”该项目总工程师庄红林说,为了核电站的安全生产,施工单位在最坚硬的花岗岩上,像绣花一样爆破,最小的一次爆破仅用了200克炸药。
      这一点从整个实验的进程表也能看出来:2003年提出方案,2006年获批立项,2007年10月破土动工,2010年12月完成全部爆破任务,2011年中完成1号近点实验厅探测器建造与安装,8月开始取数,12月开始远近点同时运行,在55天取数后,仅用十几天完成物理分析和论文写作,2012年3月7日投稿。
      “隧道建设比预计延误了近两年时间,这对整个实验的进程是致命的。”庄红林说。
      2011年7月,韩国项目团队透出风声,称其项目团队已经开始取数,而彼时的大亚湾实验团队还未完成最后一个用来取数的实验大厅。“当时大家都慌了,国际上也一度认为中国不可能第一个得到实验结果。”庄红林说。
      为了赶进度,实验厅刚挖好,设备安装就开始了。杨长根回忆道,新挖好的岩洞内又热又潮湿,进去20分钟就浑身湿透,每天回到驻地后,甚至累得“只能躺着洗个凉水澡”。
      有一次,装配探测器的大吊车的一个特制螺栓坏了,为了不影响整个工程各方的施工进度,工程人员亲自坐飞机去取,在机场完成交接后马上返回。庄红林说,“只能打‘飞的’,在那时,快递都显得太‘慢’了。”
      就这样,在进度“落后”的情况下,大亚湾项目组科研、工程人员在探测器安装、取数计算等工作上,生生“抢”回了一年时间。
      不论项目之外,还是团队内部,都不乏国与国之间博弈的影子。大亚湾反应堆中微子实验是一个250多名科学家参与的国际合作项目,他们来自中国大陆和港台地区、美国、俄罗斯及捷克的38家科研机构。合作,便意味着实验得到的数据要在第一时间同步传输到北京高能所和美国,但最终却是中国首先得出了结果。
      “之前我们有过很多次的演习,一到战场上效率就高很多。美国人不这么做,因为他们怕费力不讨好。”曹俊说,整个物理分析团队在实验设置安装的过程中并没有闲着。除了配合实验材料的安装、清理工作外,他们还提前一年多时间开发了相应的数据分析软件,并加班加点对其进行反复演练。
      最终,中国科学家“抢”在竞争对手前,先一步在这场大科学长跑中冲线,发现了中微子的第3种振荡模式并公布其精确数据。
      王贻芳总结说,除了团队的艰苦奋斗、任劳任怨等因素外,科技创新也对这一数据的精确得出起到至关重要的作用——该实验是唯一采用统一实验室多模块探测器的中微子实验,提高了精度与可靠性,该设计得到国际上的广泛关注与赞同;首次提出在探测器内上下都采用反射板,大大节省了造价;首次研制了性能优异的、基于烷基苯的掺钆液体闪烁体,解决了一直以来困扰科研人员的液闪使用寿命问题。
      “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,我们收到的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。”
      
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中国青年报
2012年05月20日
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