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王贻芳:国内中微子研究从无到领跑

作者:王珊

2018-09-29·阅读时长10分钟

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(蔡小川 摄)


口述/王贻芳 采访、整理/王珊

1984年5月,丁肇中先生来到了上海。丁先生当时已经凭借J粒子的发现获得诺贝尔物理学奖。他从1981年起在欧洲核子中心组织和领导了一个国际合作组——L3组,预计在1988年建成的高能正负电子对撞机LEP上进行高能物理实验。丁先生来上海的目的就是选拔中国学生去他所领导的小组进行高能物理方面的工作。

我当时还是个即将从物理系毕业的毛头小子。之前我接到了面试的通知,说可以报考丁先生的研究生。谁都不知道要考什么,就没有任何准备地去参加了英文笔试。通过了以后是丁先生的面试。丁先生和其他一些教授坐在一起,看起来红光满面,说起话来也中气十足,一点不像快50岁的人。他问我:“波在海水中传播,是长波传得远,还是短波传得远?”这个题目并不难,用大学物理的知识就能解决,主要考察一个人能否将书本中的知识应用到生活中去。他还问了一些量子力学和波粒二象性以及康普顿散射的问题,我都一一作答了。回答了三四个问题后,丁先生说:“我没有问题可问了。”我能感觉到他对我是满意的。

去欧洲核子中心对我来说,是人生的一个重要节点。上世纪80年代,国内的高能物理研究基础非常差。我刚本科毕业,完全没有科学研究的概念。欧洲核子中心是我科学研究工作的起点,那里有着世界上最好的加速器。我在那里学到很多做科学研究的基本方式方法和理念。比如说,如何选择课题?什么是值得做的课题?哪些是科学上最重要的问题?

丁先生是个非常有钻研精神的人,他会问你很多的“为什么”,逼着你去想一些很深入的问题,让你养成了很好的科学研究的习惯。L3实验组,会聚了14国、30多所科研机构400多名科学家,要做很多的沟通和协调工作。丁先生很善于做这些,他总是能在听取众多分歧意见之后,找到一条大家都认为是正确的道路。我从他这里学会了如何组织和协调大型科学实验,这些让我受益匪浅。

我在欧洲核子中心待了11年,主要参与正负电子对撞的研究,后期也参加了空间站实验AMS。有一天,我突然觉得做的事情有些按部就班,没有太多的挑战。我们身处这么大的一个实验组,每个人都被分配好了任务,就相当于机器里的一个螺丝钉,位置明确而固定。对于年轻人来说,起到的作用和影响更是有限的。那时,我甚至可以看到30年后的自己,依然守着这么一小块事情,别的事情都与你无关。

当时,中微子研究开始有一些热度。中微子是构成物质世界的12种基本粒子之一。宇宙大爆炸时,在第一秒钟内就产生了无数的中微子,它们携带了比光更早期的宇宙信息。但中微子几乎不跟任何物质发生作用,不容易被捕捉到,因此也成为人类迄今为止了解最少的一类基本粒子。它还有一个别称——“幽灵粒子”。一种中微子在飞行过程中变为另一种中微子,然后再变回来,这叫作中微子振荡,三种中微子之间可发生三种振荡。捕捉中微子的振荡模式,很有可能让我们知道,宇宙是如何被创造出来的,其中的结构是如何形成的,反物质到哪里去了等等。这有可能打开新物理学的大门。

1996年,我加入斯坦福大学的中微子项目时,科学界对于中微子振荡是否存在尚有争议。当时,国际上已经有多个实验组在寻找中微子振荡,但实验结果都不一致,说法也不一。即使到1998年大气中微子振荡被发现,也有人认为这是数据出了问题,或者用另外的模型去解释。我觉得这个领域很有意思,值得去看一看。我是在1996年向丁先生请辞的,我到了美国斯坦福大学的一个研究中微子的项目。这个项目很小,只有20多人,但我是作为骨干人员参与的。在这里我什么都干,有时候甚至还要焊接电路板,充当木工,不过正是这些让我感受到了高能物理实验的各个方面。

我是2001年接到中国科学院高能所(以下简称“中科院高能所”)的邀请回国的。这一年,我们在斯坦福大学的中微子实验做完了,没有看到中微子振荡。我有些自己的想法。但坦率地说,在美国,像我这样的研究人员,多一个不多,少一个不少,按照我自己的思路做实验,更是没有可能。但国内已经不是我出国前的模样,对科技的投入增加了很多。在这之前一年,国家科教领导小组审议并原则通过了中国科学院提交的《我国高能物理和先进加速器发展目标》,确定了中国高能物理和先进加速器的发展战略。这意味着,中国的高能物理研究开始进入一个新的发展阶段。

我觉得自己回国能做一些事情。但朋友和家人并不同意我的想法,他们说:“像你这样不会搞关系的人,出国多年,在国内也没有根基,回国是混不下去的。”我和太太僵持了一年,才获得了回国许可。回来后,我才发现,在国内推进中微子研究并没有想象中那么容易。起初,我们是想跟日本合作。他们的方案是建设一个新的加速器,将中微子打到中国来,中科院高能所再进行探测。这需要千万甚至上亿美元的投入,方案讨论了很久,我们觉得不太可能就放弃了。我也就投入到北京正负电子对撞机的重大改造项目(BEPCII/BESIII)中去了。这是中科院高能所当时已经得到批准的一个项目。

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王珊

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