破解中微子未解之謎
——大亞灣中微子實驗取得重大物理成果的背後
新華社北京４月２９日電（記者 吳晶晶）在距離我國大亞灣核電站僅３６０米的地下，堅守著這樣一群科學家，他們工作在地下１００米的寂靜岩洞裏，卻是奮鬥在粒子物理研究的最前沿。
他們的研究對像是物質世界最基本的粒子之一——中微子；他們所要做的是揭開中微子最後一個未被破解的振蕩模式，這是全世界高能物理學家都想解開的謎。
經過近１０年的不懈努力，大亞灣中微子實驗取得了重大成果——科學家首次發現中微子的第三種振蕩模式，並精確測出了它的振蕩幾率。這被國際科學界認為是物理學上具有基礎意義的一項重大成就。
挑戰世界科學最前沿
中微子是物質世界最基本的粒子之一，對它的認識將揭開宇宙演變的諸多奧秘。最近２０多年，世界上有６位研究中微子的科學家獲得諾貝爾獎。
２００３年，為了測量最後一個未知的中微子混合參數，法國、日本、韓國等都競相提出實驗方案。由中科院高能物理研究所提出的大亞灣中微子實驗是其中之一。
“大亞灣實驗有得天獨厚的優勢。”實驗項目副經理、高能所研究員楊長根説，“這裡鄰近大亞灣核電基地反應堆，能獲得足夠多的中微子，附近的山還可以屏蔽絕大部分宇宙射線的干擾。”
精度高達１％的大亞灣實驗方案從全世界８個實驗方案中脫穎而出。美國能源部甚至放棄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。
這項實驗得到了科技部、中國科學院、國家自然科學基金委、廣東省、深圳市和中國廣東核電集團的支持，６家單位共同出資１．５７億元人民幣，加上美國等其他國家和地區的出資，使其成為我國基礎科學領域最大的國際合作項目。
大亞灣國際合作組由來自中國、美國、俄羅斯、捷克及香港、台灣地區的３９個研究機構、２００余名研究人員組成。其中中方研究人員來自中科院、清華大學、上海交通大學、山東大學、中國原子能研究院等多家單位。此外黃河勘測規劃設計有限公司、中鐵十五局、廣東中澤重工有限公司等２０余家企業參加了項目的設計建設、設備製造和科研攻關等。
“大亞灣實驗開創了國家、地方政府、企業及國際合作共同支持基礎研究的先例，是協同創新的重要成果。”高能所原所長陳和生院士説。
憑實力贏得尊重
大亞灣中微子實驗由中國和美國共同領導，美方的參與人員來自伯克利國家實驗室、布魯克海文國家實驗室、加州理工學院等１６家世界一流的科研院所，陣容堪稱豪華。
“高能物理的國際合作內部競爭非常激烈，沒實力就變成光掏錢沒有話語權。”項目副經理曹俊説，“中國團隊憑實力贏得了尊重。”
項目經理、高能所所長王貽芳介紹，大亞灣實驗“以我為主”體現在三個方面，一是實驗方案全部採取了中科院高能所的設計方案；二是在項目建設中，牢牢地把關鍵技術掌握在自己手中；三是完整獨立地掌握了實驗數據全部分析過程，最終發表的文章中採用的也是高能所的結果。
項目建設過程中，中國科學家解決了多模塊探測器設計、水屏蔽設計、反射板設計等大量技術難題，以出色的工作贏得了國際同行的認可和尊重。
摻釓液閃是中微子探測器的一項關鍵技術，每當捕捉到中微子時，它將會發出微弱的光。而讓無機物釓與有機物烷基苯穩定混合在一起，並保持長期透明，是科學界的一大難題。法國的一項同類實驗，就因為液閃只使用了１００天就變得渾濁，被迫終止。
當時，項目組內中美等國提出了多個方案。在第三方評議中，由中科院高能所研製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。
“我們的聲音越來越被重視。”曹俊説，“當項目開始並取得良好進展後，我們收到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態度完全不一樣了。”
挑戰自我搶佔先機
大亞灣團隊中，有年輕的“９０後”，年齡最大的項目總工藝師白景芝已年逾古稀。他們自喻為“一群勤勞的螞蟻”，工作在沒有陽光、陰暗潮濕的隧道，用智慧和勞動建造了一座美麗的科學宮殿。
大亞灣實驗距離核反應堆僅３６０米，深入地下１００米，要建５個十幾米至二十多米高的地下實驗廳、３１００米長隧道，難度可想而知。隧道施工中，建設人員安全完成了在有特殊安全要求的核島附近的３０００多次爆破，全部滿足國家相關要求。
為趕進度，每當一個實驗廳挖好，實驗組人員便進入同步展開設備安裝，新挖好的岩洞內燠熱潮濕，進去２０分鐘就渾身濕透。沒有水喝，沒有廁所，研究人員、工程技術人員僅憑簡單的機械和人力，將５個４０噸容積的超大罐子搬進了閃液大廳。每天回到駐地後，大家甚至累得只能躺著洗個涼水澡。
為了與國際同行“賽跑”，２０１１年９月，科研人員果斷改變原來的實驗方案，“變陣提速”，將實驗分為兩個階段。在緊張的數據分析衝刺階段，一個由“７０後”帶領的，由“８０後”和“９０後”組成的年輕團隊日夜拼搏，完成了實驗數據的獲取、修正、分析等，終於贏得先機。
