中国已抢到大科学领跑位置

1月9日，中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所研究员王缓缓走上人民大会堂主席台，接过代表中国自然科学领域最高奖项——2016年国家自然科学一等奖的证书。

这是他带领团队获得的另一个奖项:中国科学院高能物理研究所的王、、杨长根、恒月昆和五位科学家与他们的团队共同分享了这一荣誉，因为他们在大亚湾反应堆中微子实验中发现了一种新的中微子振荡模式。

时间回到2012年3月8日14: 15，这对于中国物理学家来说是一个激动人心的时刻。王以大亚湾中微子实验国际合作小组发言人的身份宣布，他的团队发现了一种新的中微子振荡模式θ13。迄今为止，中国在法国、日本、韩国、中国和其他国家参加的重大科学“竞赛”中处于领先地位。

中国科学家投掷的“卵石”激起了一千层波浪。据王统计，2012年中微子实验组发表的第一篇θ13论文保持了较高的被引率，被SCI引用695次，在2011年以来粒子物理领域发表的研究论文中排名第三。前两篇论文是欧洲粒子物理研究所关于发现希格斯粒子(即“上帝粒子”)的两篇论文。

五年后的今天，这种影响仍在继续。

华裔美国物理学家、诺贝尔奖获得者李政道说:“这是物理学中具有根本意义的重大成就。”一些科学家还认为，这是半个多世纪以来中国人在基础物理领域取得的最重要的实验成果。如果用诺贝尔奖来衡量，这种说法可能更有参考价值，因为发现前两种振荡模式的美国和日本科学家已经获得了这一科学领域的最高荣誉奖。

中微子:幽灵粒子“从未发现”

什么是中微子？

这从原子开始。如果把原子比作“建造”物质世界的“砖块”，那么这个世界就由100多种“砖块”组成。到20世纪，科学家发现原子不是世界上最基本的“砖块”。它们由质子、中子和电子的不同组合组成。

后来，科学家发现质子、中子和电子也不是最基本的粒子。它们由更小的夸克和轻子组成。有6种夸克和6种轻子。这12种粒子是物质世界中最小的“砖块”。

其中有中微子。它属于轻子，有3种类型，占12个基本粒子的1/4。

中微子虽然很小，但却有很大的“脾气”:看不见，摸不着，却无处不在。每秒钟有数百万个中微子*穿过人体，因此有了“幽灵粒子”的绰号。奥地利物理学家保利提出了中微子存在的假设，他甚至说:“我预言了一个永远不会被发现的粒子。”

几十年来，这个神秘的粒子一直在挑战人类的认知能力。科学家已经意识到中微子可以转化。一种中微子在飞行中变成另一种中微子，然后返回。这叫做中微子振荡。三种类型的中微子可以发生三种类型的振荡。

三种振荡模式各有相应的混合角，即θ12、θ23和θ13。前两个混合角θ12和θ23的测试者都获得了诺贝尔物理学奖。只有第三个一直在和世界各地的物理学家玩捉迷藏，所以有人怀疑θ13是零，也就是说，它根本不存在。

王说，由于这个值的不确定性，中微子物理研究已经到了一个岔路口。如果这个值很小或不小，那么世界各地的中微子科学家将面临一个尴尬的局面:他们不知道中微子研究在未来应该走向何方。

于是，一场捕捉中微子θ13的大科学竞赛开始了。用中国科学院高能研究所研究员、大亚湾中微子实验的发起人之一杨长根的话来说，这是高能物理领域的一个众所周知的命题，但要“准确捕捉”它并不容易，“需要先进的方案、设备和精确的计算”。换句话说，目标已经在那里了，取决于谁先到达那里。

这场“比赛”从一开始就充满了紧张气氛。2003年，法国、日本、韩国、中国等都提出了实验方案，中国科学院高级能源研究所提出的大亚湾中微子实验只是其中之一。

说起来，那是十几年前的事了，但王仍然清楚地记得:那场战斗并不容易，“如果稍晚一点，整个实验就会打到”。

“抓住”首席科学家

2012年4月27日，美国《物理评论快报》发表了“大亚湾中微子实验发现电子反中微子消失”的论文。作为本文的作者和通讯记者，中国科学院高能物理研究所研究员、大亚湾中微子实验的主要研究员曹骏已经等待了50天。

当纸出来时，石头掉到了地上。曹骏说，“尽管竞争远未结束，但从最新的实验结果来看，中国已经占据了‘领先’的位置。”

大亚湾中微子实验站位于深圳大亚湾核反应堆群360米之外，隐藏在一座100米高的花岗岩山的腹部。它由一个地面控制室和五个地下实验室组成，其中最深处离地面320米。这也是大亚湾中微子实验被称为“大科学工程”的原因。

这个大项目从一开始就陷入了困境。

"核电站就在附近，不会有任何事故."大亚湾中微子实验项目总工程师庄红林回忆说，为了确保核电站的安全生产，建设单位对最坚硬的花岗岩进行了类似刺绣的爆破，最小的爆炸只使用了200克炸药。

庄红林说，隧道的建设被推迟了近两年，这对整个实验过程是致命的。

2011年8月，韩国项目团队得到消息称，其项目团队已开始检索数据，而大亚湾的实验团队尚未完成用于检索数据的最后一个实验大厅。“当时每个人都很恐慌，国际社会一度认为中国不可能是第一个获得实验结果的国家。”庄洪林说道。

为了赶上进度，实验室一挖好，设备安装就开始了。杨长根回忆说，新挖的洞穴又热又潮湿。进去20分钟后，他全身湿透了。每天回到基地后，他甚至累得“躺下来洗个冷水澡”。

在进度“落后”的情况下，大亚湾项目组的科研和工程人员在探测器安装和回收计算工作中“抢”回了一年的时间。

无论是在项目之外还是在团队之内，国家之间都不乏博弈的影子。大亚湾反应堆中微子实验是一个国际合作项目，涉及*、香港和*、美国、俄罗斯和捷克*的38个研究机构的250多名科学家。合作意味着从实验中获得的数据将首先同步传输到北京高能研究所和美国，但最终是中国首先得到结果。

曹骏说，他们以前进行过多次演习，在战场上效率更高。在安装实验装置的过程中，中国的整个物理分析团队并没有闲着。除了配合实验装置的安装和测试之外，他们还提前一年多开发了相应的数据分析软件，并通过加班反复实践。

最终，中国科学家“抓住”了他们的竞争对手，并在这场大型科学竞赛中领先。

“这东西不是用来赚钱的。”

中微子第三次振荡的证实在物理学领域引起了兴奋，并引起了一些疑问:“这东西有什么用？”

"王院士，请你通俗地告诉我们中微子可以用来做什么？"

王不止一次听到这样的问题。在国家自然科学奖一等奖的前夕，他还与前来采访他的媒体记者进行了有趣的对话。

王首先给出了一个答案:“目前，我们还没有看到中微子的任何应用价值。”

媒体记者问:这没用吗？

“不，没用。”王对说道。

媒体记者不愿放弃提问:对其他应用领域有什么启发价值？

“对不起，这真的没用。”王说:“我们做基础研究是为了了解自然。我们得说有什么用。这就是我们所说的贡献。现在这一成就帮助人类进一步理解了自然的基本结构。”

他进一步补充说，基础研究首先要了解世界。是否有副产品，他们是否能赚钱，他们是否能为国家经济服务是另一回事。然而，一旦我们过度追求副产品，那就不是基础研究了。

在科学家看来，基础研究的重要性远远大于实用性。王和他的团队想举一个例子

400年前，丹麦科学家第谷仰望星空30年，积累了大量天文数据。他的弟子开普勒总结了三个定律，这成为牛顿提出机械系统的基础。谁会想到，我们每天盯着行星所看到的行星运动的奥秘，会成为数百年后我们建造高楼、桥梁、飞机、汽车甚至发射宇宙飞船卫星的基础？

同样，中微子，也许，几十年或100年后，我们的后代也会给出答案。

北京，1月9日