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“票房与口碑”双赢:大亚湾中微子实验项目获国家自然科学一等奖

2017年01月09日 11:45 来源于 财新网
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此前得奖呼声甚高,且是本年度唯一初评通过的一等奖项目
►大亚湾核反应堆。来源:大亚湾中微子实验工程网站

  撰文 | 吕浩然(《知识分子》编辑)

  今天上午,2016国家科学技术奖在京揭晓。毫无悬念,“大亚湾反应堆中微子实验发现新的中微子振荡模式”项目(以下简称“大亚湾中微子实验”)折桂2016国家自然科学一等奖。

  之所以称为“毫无悬念”是因为该项目此前得奖呼声甚高,且是本年度唯一初评通过的一等奖项目。

  中微子研究与诺贝尔奖的四次“邂逅”

  自1956年正式“问世”以来,围绕中微子领域的相关研究已经斩获无数荣誉。单从科学界最高荣誉——诺贝尔奖来看,中微子领域的发现已经拿下了4座“诺贝尔小金人”。

  1995年诺贝尔物理学奖授予美国科学家弗雷德里克•莱因斯(Frederick Reines),以表彰其“探测发现中微子(1956年)”("for the detection of the neutrino"),莱茵斯也是首位发现电子中微子的科学家。

  ►来源:nobelprize.org

  1988年诺贝尔物理学奖授予美国科学家利昂•莱德曼(Leon M. Lederman)、梅尔文•施瓦茨(Melvin Schwartz)和杰克•斯坦伯格(Jack Steinberger),以表彰他们“中微子束方式,以及通过发现子中微子证明了轻子的对偶结构”("for the neutrino beam method and the demonstration of the doublet structure of the leptons through the discovery of the muon neutrino"),三位科学家首次发现了第二种中微子——μ(缪)中微子。

  ►来源:nobelprize.org

  2002年诺贝尔物理学奖授予美国雷蒙德•戴维斯(Raymond Davis Jr.)以及日本科学家小柴昌俊(Masatoshi Koshiba),以表彰他们在“在天体物理学领域做出的先驱性贡献,尤其是探测宇宙中微子”("for pioneering contributions to astrophysics, in particular for the detection of cosmic neutrinos" )。

  ►来源:nobelprize.org

  2015年诺贝尔物理学奖授予日本科学家梶田隆章(Takaaki Kajita)以及加拿大科学家阿瑟•B•麦克唐纳(Arthur B. McDonald),以表彰他们“发现中微子振荡现象,该发现表明中微子拥有质量”("for the discovery of neutrino oscillations, which shows that neutrinos have mass")。

  ►来源:nobelprize.org

  “票房与口碑”双赢的大亚湾中微子实验

  套用电影界的一句话去形容“大亚湾中微子实验”,可称得上“票房与口碑”的双赢。

  在“票房”方面,中微子领域的科学发现表现不俗。与诺贝尔奖的四次“邂逅”彰显着该领域的重要性,而中国在中微子实验研究领域的发现也具有重要意义,赢得了国际物理学界的广泛关注和普遍赞誉。

  中国以大亚湾中微子实验为首的中微子研究起步相对较晚。2003年,大亚湾中微子实验项目由以中科院高能物理所所长王贻芳为代表的高能物理学家提出总体方案,并于2006年获得立项,2007年10月正式开工建设,2011年12月24日开始远近点取数同时运行。仅不到3个月,项目组就于2012年3月8日宣布首次发现了中微子的第三种振荡模式,并测出其振荡几率,当年入选《自然》杂志评选的2012年十大科学进展。

  因在中微子振荡领域的成就,王贻芳也受到了许多重量级科学奖项的首肯,并先后当选为中国科学院院士、俄罗斯科学院外籍院士、发展中国家科学院院士。2015年11月9日,王贻芳获得被誉为科学界“第一巨奖”的基础物理学突破奖,成为首次获得该奖项的中国科学家。

  而在“口碑”方面,曾经大力支持中国开展中微子实验研究的华人物理学家、诺贝尔奖得主李政道在得知大亚湾中微子实验获得成功之后向项目组负责人发来贺信并评价道:“最热诚的祝贺!在您们的领导下,很精确的测量了theta one-three,这是粒子物理中极基本、极重要的参数!”。

  ►李政道的祝贺信。来源:人民日报海外版

  而此次大亚湾中微子实验获得国家自然科学一等奖,也反映出国家层面对于大亚湾中微子实验项目组工作的肯定。

  中国中微子实验研究的未来

  面对已有的荣誉,以王贻芳为首的大亚湾中微子实验项目组一方面继续完善已有工作,更计划在广东省江门市筹建江门中微子试验站,进行下一步的中微子实验研究。

  王贻芳在接受《国家科学评论》(NSR)访谈时曾表示:一般来说,研究中微子的路径大概有利用太阳中微子、大气中微子、反应堆中微子、或加速器中微子等四种。

  “大亚湾中微子实验实际是利用核反应堆来探测中微子,主要原因有二:一是太阳中微子和大气中微子研究方面已经做了很精彩的工作,确定了中微子振荡六个参数中的三个半,其中太阳中微子振荡确定了 sin22θ12~0.86和Δm221~ 7.5x10-5eV2 大气中微子振荡确定了 sin22θ23~1和|Δm232|~ 2.5x10-3eV2(没有确定其符号,算半个参数),剩下的两个半参数包括混合角θ13、|Δm232 |的符号(中微子的质量顺序)以及CP破坏相角δ,我们预计θ13可以在反应堆产生的中微子振荡中被精确测出来,因而向这个方向努力;二是大亚湾核电站的天然优势,不仅核反应堆功率大,而且核电站周围有山屏蔽,为去除本底提供了便利。”王贻芳说。

  王贻芳还指出,在短短的55天测出sin22θ13 为9.2%的结果是“超出了预期”的,“而且sin22θ13 >0.01表明用现有技术就可以测量质量顺序和CP破坏”。

  中微子实验下一步目标,则直指江门,“因此,很自然我们希望能够在接下来的江门实验中解决中微子质量顺序的问题。正在我国广东省江门市建造的江门(JUNO)实验将利用两万吨的液闪探测器在距核反应堆53千米处精确测量反应堆中微子的能谱,从而推断出中微子的质量顺序”。

  当然,“精确”并不是江门中微子试验站的唯一目标,王贻芳还有更加深远的考虑。他表示,希望到2030年左右把江门实验改造为能验证中微子是否为其自身反粒子的实验,主要是通过寻找无中微子的双贝塔衰变反应,“这个实验花钱也不是很多,但具有国际竞争力”。

  “中微子的绝对质量是多少?惰性中微子是否存在?中微子究竟是狄拉克粒子还是马约拉纳粒子?还可以利用中微子作为探针去研究宇宙起源和演化过程等等。”王贻芳列举了一系列未来可能亟待解答的问题,这些或许都是摆在中微子实验研究道路上的“坎儿”,等待着大亚湾、江门中微子实验项目去铺平。

  《知识分子》是由饶毅、鲁白、谢宇三位学者创办的移动新媒体平台,致力于关注科学、人文、思想

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责任编辑:张进 | 版面编辑:王永
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