綻放在大亞灣地下100米的中國粒子物理之花

　　2011年10月，前后歷時8年的大亞灣中微子實驗項目初步建成，開始了它尋找神秘中微子的科學探索。

　　正是因為一群離核反應堆360米、在100米地下工作了8年的科學家的努力，一個讓世界等待了8年的答案即將被揭開。

　　“這個項目已經讓世界等待了8年”

　　對普通公眾而言，只在《2012》這樣的科幻電影里聽說過充當“災難制造者”的中微子。“事實上，如果沒有中微子，太陽不會發光，不會有比氫更復雜的原子，因此也不會有地球、人類。”大亞灣反應堆中微子實驗項目工程副經理、中科院高能物理研究所研究員曹俊說，中微子不僅在微觀世界最基本的規律中起著重要作用，而且與宇宙的起源和演化有關，例如宇宙中反物質消失很可能由中微子造成。

　　因此，在當代物理學研究中，中微子是當之無愧的熱點和焦點之一，從1988年開始，先后有6位科學家因為中微子研究而獲得諾貝爾獎，對中微子研究每一次進展都完善乃至顛覆了人類對世界的認知。

　　但中微子質量非常微小，幾乎不與物質發生相互作用，極難被探測，同時還能通過振蕩相互轉化。中科院高能物理研究所所長、大亞灣反應堆中微子實驗項目工程負責人王貽芳表示，他們要做的就是揭開中微子最后一個未被破解的振蕩模式。“其數值的大小決定了未來中微子物理研究的發展方向，很多中微子研究項目都需要等待這一結果才能繼續進行。”王貽芳說。

　　中國，廣東，深圳，大亞灣，是最好的完成地點。

　　王貽芳表示，為了驗證中微子最后一種振蕩模式，國際上曾先后提出了8個實驗方案，而我國科學家提出的大亞灣實驗方案因為獨特的地理優勢和設計，得到了國際科學界廣泛支持。甚至，美國能源部放棄了支持本國的兩個實驗方案，轉而支持美國科學家加入大亞灣實驗的合作，向這一項目提供了價值8000萬元人民幣的設備支持。這是美國能源部在海外投資力度第二大的項目，僅次于歐洲核子中心。

　　2011年8月15日，在廣東大亞灣核電站內地下100米深、距反應堆僅360米的實驗大廳內，兩個中微子探測器已經探測到來自核電站反應堆群的中微子。這標志著大亞灣國際合作組對中微子第三種振蕩模式的測量邁出了第一步。為了這一步，200多位科學工作者付出了8年。

　　出差住農民房的科學家

　　大亞灣項目經理李小男介紹，這個項目是中美共同領導的國際合作項目。中方由科技部、中國科學院、自然科學基金委、廣東省、深圳市和中國廣東核電集團共同支持，投資1.6億元，在我國開創了國家、地方與企業共同支持基礎科學研究的先河;美方則投資了相當于8000萬元人民幣的設備。“相對于難度巨大、要求極高的工程，這些錢真不多，不省著花還有點捉襟見肘。”李小男說。

　　項目總工藝師白景芝回憶，項目剛開始時什么都沒有。“沒辦公室，我們就坐在馬路邊上用膝蓋當桌子在筆記本記錄。最難熬的是周末大亞灣核電站放假，辦公樓一鎖我們解手都沒地方。”

　　為了省錢，8年來，100多位曾在這里工作的科學家出差不住賓館，而住在離項目地點10公里外的農民房里。“外面看著很好，和別墅一樣，但里面經常四樓停水一樓天花板滴水，空調也經常罷工，就是一點好，便宜。”參與項目的中科院高能物理研究所研究員王錚說。

　　因為住得遠，科學家們為了方便總是統一行動：7點吃飯，7點20準時出發去工地，這被科學家們稱為“半軍事化管理”。

　　“只能說是半軍事化，因為軍隊要吹熄燈號統一睡覺，我們晚上多數因為要收發郵件和國內外同行進行項目交流，睡覺時間并不統一，晚的到凌晨兩三點。”李小男解釋。

　　因為項目建設在地下100米，最近處離核反應堆只有360米，土建隧道的施工難度極大，安全要求很嚴苛。所有的炸藥填放均經過精確計算，確保不影響核電站的正常運行。最后完工時結算，在地下100米深處完成總長3000米的高標準隧道建設，總造價只有9000萬元。“這么低，說出去都沒人敢相信。”李小男表示。

　　在記者旁聽這一項目驗收時，驗收組成員、中科院院士、著名核物理專家王乃彥感慨：經費這么緊張，真不容易。

　　王貽芳表示，這是個由科學家自下而上推動的基礎研究項目，很多人是因為熱情而加入，“這個項目寄托了他們的理想”。

　　2003年，曹俊和李小男在世界最知名的物理研究機構之一——美國費米實驗室工作。曹俊說，當時接到王貽芳邀請他回國的電話，連美國的房子和車子都沒賣就回來了。“一直想回來，但國內過去因為基礎科學研究相對落后，找不到能參與的項目，大亞灣項目對我來說是很好的機遇。”

　　隨后，幫曹俊賣掉在美國的房子和車子后，他的同事李小男也回國來到了這個項目，兩人一干8年。和他們一樣的核心團隊成員就有30多人，而8年間先后在這里工作過的科研人員有200多人。

　　讓世界聽到粒子物理的“中國聲音”

　　基礎科學是現代社會科學發展的根基。長期以來，主導基礎物理研究的是西方發達國家，而我國由于經費投入不足、研究基礎薄弱等客觀原因，一直與世界先進水平存在不小差距。

　　但更為重要的差距體現在認識層面。王貽芳為此專門撰文：經常聽到這樣的問題，你這個基礎研究有什么用?如果回答沒有，下一個問題就是：能得諾貝爾獎嗎?如果回答還是否定的，下一個問題就是：既沒有實際用途，又不能得諾貝爾獎，這個基礎研究有什么用?

　　“這種急功近利的思想實際上普遍存在于各級領導、平民百姓、知識分子、科研管理人員甚至一些科學家的心里，雖然有時候他們不一定說出來。”王貽芳說。

　　事實上，基礎研究的滯后一定程度能夠解答為何我國難以出現重大科研成果，也佐證了“錢學森之問”。而大亞灣中微子項目的出現，對于中國粒子物理乃至基礎科學來說都是一個明顯的積極信號。

　　大亞灣項目是中國第一個“真正意義”上的國際合作基礎科學研究項目，而且是由中國和美國共同領導：2006年起成立的大亞灣國際合作組由來自6個國家和地區的39個研究機構、250名研究人員組成。其中，美方參與的陣容堪稱“豪華”。布魯克海文、費米兩個國家實驗室，加州理工、普林斯頓、伯克利等名校，中方則聚集了中科院、清華等10多所國內一流科研機構。

　　李小男表示，高能物理的國際合作其實內部有非常激烈的競爭，“簡單說合作也要靠實力，沒實力就變成光掏錢沒有話語權”。

　　項目的主要裝置中微子探測器中最核心的技術是液閃，需要把無機物釓均勻溶入有機物液體閃爍體中，其透明度也決定了實驗的成功與否。而眾所周知，無機物難溶于有機物。此前法國的一項同類研究中，正是因為其探測器中灌注的液閃在運行100天后變為渾濁，從而被迫終止。

　　當時，項目組內中美等國提出了多個方案，然而，在第三方評議中，由中科院高能物理研究所研制出的液閃配方性能更佳、穩定性更好，最終成為探測器的選擇。這只是大亞灣項目取得諸多創新成果的其中一個。

　　“粒子物理其實是很小的圈子，你干什么全世界都知道。”曹俊說，當大亞灣項目開始并取得良好進展后，中國收到的粒子物理國際學術會議的大會報告邀請顯著增加，“甚至明顯感到國際同行對我們的重視態度完全不一樣了”。