王貽芳：追尋“幽靈粒子”

□梁偉袁志勇 田曉冰

王貽芳：追尋“幽靈粒子”

□梁偉袁志勇 田曉冰

中微子，以近似光速運(yùn)動(dòng)，悄無(wú)聲息地自由穿行于地球，難以捕捉，有人稱它是“幽靈粒子”。中微子是構(gòu)成物質(zhì)世界的12種基本粒子中人類了解最少的一個(gè)，也是破譯宇宙起源與演化密碼最重要的鑰匙。十多年來(lái)，研究中微子，已成為大亞灣中微子項(xiàng)目首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所所長(zhǎng)王貽芳的一種生活方式。

北京時(shí)間2015年11月9日上午，作為目前全球獎(jiǎng)?lì)~最高的科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)、被譽(yù)為科學(xué)界“第一巨獎(jiǎng)”的“突破獎(jiǎng)”頒獎(jiǎng)儀式在美國(guó)加州圣何塞舉行，52歲的王貽芳作為大亞灣中微子項(xiàng)目首席科學(xué)家獲得基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎(jiǎng)——這也是中國(guó)科學(xué)家首次獲得該獎(jiǎng)項(xiàng)?！巴黄篇?jiǎng)”由俄羅斯科技界投資人尤里·米爾納于2012年創(chuàng)立，最初用于表彰在物理領(lǐng)域的突破性研究，后來(lái)獎(jiǎng)項(xiàng)也擴(kuò)大到生命科學(xué)和數(shù)學(xué)領(lǐng)域。米爾納希望該獎(jiǎng)項(xiàng)可以“建立科學(xué)和理性主義的正面形象，并引導(dǎo)人們對(duì)科技的未來(lái)保持樂觀態(tài)度”，提升科學(xué)家在公眾視線里的地位。

師承諾獎(jiǎng)獲得者丁肇中

因?yàn)閷?duì)物理感興趣，高考后填報(bào)志愿時(shí)，王貽芳就報(bào)了南京大學(xué)物理系原子核物理專業(yè)。別說(shuō)那個(gè)年代，就是現(xiàn)在，這也不屬于熱門專業(yè)。1984年5月，即將從南京大學(xué)畢業(yè)的王貽芳來(lái)到上海，在這里，他將參加諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者丁肇中面向全國(guó)招收高能物理研究生的面試。

通過(guò)筆試進(jìn)入面試的王貽芳第一次見到了影響他一生的導(dǎo)師——丁肇中教授?！八?dāng)時(shí)問了幾個(gè)問題，比如‘波在海水中傳播，長(zhǎng)波傳得遠(yuǎn)還是短波傳得遠(yuǎn)’，這些問題用大學(xué)普通物理的知識(shí)就能解決，但考驗(yàn)的是基礎(chǔ)牢不牢靠，能否靈活運(yùn)用?！蓖踬O芳對(duì)那次面試至今記憶猶新。

毫無(wú)疑問，王貽芳獲得了丁肇中的青睞。隨后11年，從1985年到1996年，他在丁肇中的指導(dǎo)下研究高能粒子，參與L3實(shí)驗(yàn)。這為他以后從事中微子的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

丁肇中領(lǐng)導(dǎo)的L3實(shí)驗(yàn)在位于瑞士日內(nèi)瓦的歐洲核子研究中心進(jìn)行，那里擁有世界最大的粒子加速器。在L3實(shí)驗(yàn)組，王貽芳展露了物理天賦：一年時(shí)間內(nèi)發(fā)表3篇論文；1990年出任“新粒子尋找組”組長(zhǎng)，在所有L3實(shí)驗(yàn)物理分析小組組長(zhǎng)中，唯有他是一名學(xué)生；1991年，在被L3實(shí)驗(yàn)組內(nèi)部認(rèn)為是不可能的情況下，精確測(cè)量出了陶輕子的極化。

在這里待了11年，王貽芳感覺遇到了瓶頸，喜歡挑戰(zhàn)的他有些不安于現(xiàn)狀?！耙?yàn)槟贻p人在一個(gè)大型項(xiàng)目里，起到的作用和影響都是有限的。而那個(gè)時(shí)候美國(guó)斯坦福大學(xué)有一個(gè)尚在設(shè)計(jì)階段、只有20人的小項(xiàng)目。對(duì)于當(dāng)時(shí)的我來(lái)說(shuō)，那是一個(gè)理想的平臺(tái)，可以參與更多，以彌補(bǔ)我在高能物理實(shí)驗(yàn)中其他領(lǐng)域的欠缺?！蓖踬O芳說(shuō)。

就這樣，王貽芳辭別丁肇中，來(lái)到斯坦福大學(xué)，并成為項(xiàng)目里的核心技術(shù)人員，工作做得有聲有色。在這個(gè)小項(xiàng)目里，王貽芳什么都干，有時(shí)候甚至充當(dāng)電焊工。正是什么都干，讓王貽芳了解了高能物理實(shí)驗(yàn)的各個(gè)方面。在這里，中微子研究正式走進(jìn)王貽芳的物理世界。盡管當(dāng)時(shí)中微子還并非研究熱門，但王貽芳樂在其中。

致力于中微子研究

隨著斯坦福項(xiàng)目的結(jié)束，王貽芳不知不覺在美國(guó)已待了4年。此時(shí)的他工作穩(wěn)定，還買了房子，兒子和女兒也相繼出生，在外人看來(lái)，他過(guò)上了幸福的生活。然而讓人意想不到的是，此時(shí)的他卻做了一個(gè)決定：回國(guó)。

2000年，王貽芳入選中國(guó)科學(xué)院引進(jìn)國(guó)外杰出人才“百人計(jì)劃”。2001年年初，38歲的王貽芳說(shuō)服了妻子，賣了房子，攜家人回到了祖國(guó)，來(lái)到高能物理研究所工作。“坦率地說(shuō)，在美國(guó)像我這樣的研究人員，多一個(gè)不多，少一個(gè)不少。我還是想做一點(diǎn)事情，而國(guó)內(nèi)有這個(gè)機(jī)會(huì)，所以就回來(lái)了。”說(shuō)起當(dāng)時(shí)回國(guó)的原因，王貽芳如是說(shuō)。

2002年，王貽芳與日本、美國(guó)的同行同時(shí)宣布，他們發(fā)現(xiàn)了核反應(yīng)堆中產(chǎn)生的中微子消失的現(xiàn)象，這意味著反應(yīng)堆中產(chǎn)生的中微子發(fā)生了振蕩，變成了另一種沒有被探測(cè)到的中微子。2003年，王貽芳提出設(shè)想，利用我國(guó)大亞灣核反應(yīng)堆群產(chǎn)生的大量中微子，來(lái)尋找中微子的第3種振蕩（中微子的前兩種振蕩即“太陽(yáng)中微子振蕩”和“大氣中微子振蕩”已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)，其發(fā)現(xiàn)者憑此獲得了2002年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)），并提出了實(shí)驗(yàn)和探測(cè)器設(shè)計(jì)的總體方案。他多方奔走，呼吁國(guó)內(nèi)開展這一實(shí)驗(yàn)研究。

大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)最初被定位為一個(gè)國(guó)際合作項(xiàng)目。在當(dāng)時(shí)進(jìn)行立項(xiàng)申請(qǐng)時(shí)，“國(guó)際合作”這個(gè)名頭提供了巨大便利，但也帶來(lái)了一些麻煩。其中最困難的就是實(shí)驗(yàn)主導(dǎo)權(quán)的問題。如果采用美國(guó)人的方案，國(guó)際合作是來(lái)了，可是中方的權(quán)利就會(huì)無(wú)形中被控制，倘若堅(jiān)持我們自己的方案，外國(guó)人可能就“不玩”了，立項(xiàng)也會(huì)變得尤為艱難。

“他們的方案存在問題，我不能答應(yīng)。而且我堅(jiān)信我們的方案最正確?！蓖踬O芳說(shuō)。幸運(yùn)的是，這場(chǎng)沒有硝煙的戰(zhàn)爭(zhēng)不是王貽芳一個(gè)人在戰(zhàn)斗，通過(guò)他的影響力，王貽芳聚攏了一批國(guó)內(nèi)和美國(guó)華裔科學(xué)家，其中包括從美國(guó)歸來(lái)的項(xiàng)目副經(jīng)理曹俊、項(xiàng)目電子學(xué)負(fù)責(zé)人李小男等優(yōu)秀科學(xué)家。經(jīng)過(guò)集體智慧的博弈，加上大家都明白這將是對(duì)高能物理學(xué)界具有里程碑意義的大型實(shí)驗(yàn)，美國(guó)人自然也不愿意缺席，他們最終選擇了妥協(xié)。王貽芳說(shuō)：“他們最終愿意參與進(jìn)來(lái)，是因?yàn)槲覀冊(cè)诳茖W(xué)上站得住腳，對(duì)方在科學(xué)上說(shuō)不過(guò)我?！?/p>

2006年，大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)國(guó)際項(xiàng)目正式啟動(dòng)，這是美國(guó)能源部在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域?qū)ν馔顿Y的第二大國(guó)際合作。由中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、捷克等6個(gè)國(guó)家和地區(qū)的30多個(gè)研究單位的190多位研究人員組成的團(tuán)隊(duì)順利誕生。這其中，以王貽芳為代表的中方緊緊把握了實(shí)驗(yàn)的主導(dǎo)權(quán)。用了不到一年的時(shí)間，大亞灣核反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)室建設(shè)啟動(dòng)。

科學(xué)領(lǐng)域的世界性突破

2011年，王貽芳擔(dān)任高能物理研究所所長(zhǎng)一職，成為我國(guó)高能物理領(lǐng)域“國(guó)家隊(duì)”的帶頭人。這年年底，大亞灣的探測(cè)器也準(zhǔn)備就緒，但這并不意味著尋找中微子的賽跑中國(guó)已經(jīng)走在了世界前列。早在半年之前，日本T2K中微子實(shí)驗(yàn)就發(fā)表了中微子第3種振蕩參數(shù)的測(cè)量結(jié)果，但置信度只有2.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差 （按國(guó)際慣例，置信度在3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差以下的測(cè)量結(jié)果叫跡象，處于3—5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的結(jié)果叫證據(jù)，超過(guò)5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差的實(shí)驗(yàn)結(jié)果才叫發(fā)現(xiàn)）。雖然還沒有達(dá)到5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差，但這一結(jié)果還是被歐洲的《物理世界》列為當(dāng)年十大物理突破之一。除此之外，法國(guó)、韓國(guó)都跑在了我們的前面。

但是這樣的局面沒有持續(xù)太久，王貽芳和他的團(tuán)隊(duì)就完成了中微子第3種振蕩參數(shù)的精確測(cè)算，置信度達(dá)到了5.2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差，從而證明了中微子第3種振蕩模式的存在。大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)國(guó)際合作組成員、美國(guó)杰弗遜國(guó)家實(shí)驗(yàn)室副主任羅伯特·麥克歐文說(shuō)：“這是中國(guó)本土迄今為止最重要的物理學(xué)成果?！?/p>

2012年年底，美國(guó)《科學(xué)》雜志評(píng)選的年度十大科學(xué)突破，大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)赫然名列其中。的確，這是一項(xiàng)重大科學(xué)成果，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了這種新的中微子振蕩模式，首次精確測(cè)量到其振蕩幅度，從而開啟了未來(lái)中微子研究的大門。大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)這一重要發(fā)現(xiàn)，還將使科學(xué)家對(duì)物質(zhì)世界的基本規(guī)律有新的認(rèn)識(shí)，為未來(lái)進(jìn)行下一代中微子實(shí)驗(yàn)以探索研究宇宙中物質(zhì)和反物質(zhì)不對(duì)稱性即破解“反物質(zhì)消失之謎”，開啟了道路和奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。 這也難怪在成果發(fā)布后，不少媒體直接將其同諾貝爾獎(jiǎng)聯(lián)系在一起。但是此時(shí)的王貽芳卻是相當(dāng)清醒的，只說(shuō)了一句：“別想太多，實(shí)驗(yàn)需要一步步來(lái)?！?/p>

大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)的成功也讓“榮譽(yù)”紛至沓來(lái)： 2012年，王貽芳被評(píng)為該年度“十佳全國(guó)科技工作者”，并榮獲第六屆周光召基金基礎(chǔ)科學(xué)獎(jiǎng)；2013年，獲何梁何利基金科技進(jìn)步獎(jiǎng)；2014年，獲潘諾夫斯基實(shí)驗(yàn)粒子物理學(xué)獎(jiǎng)；2015年，獲基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎(jiǎng)。

然而，榮譽(yù)似乎并不是王貽芳所追求的最終目標(biāo)。他曾在接受媒體采訪時(shí)用了一個(gè)很少拿來(lái)描述物理學(xué)的詞語(yǔ)來(lái)形容自己的科研心路——“幸?！??！皩?duì)物理學(xué)的研究，人為的干擾因素較少，因此它的結(jié)論是幸福而可靠的?！彼@樣說(shuō)。

繼大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)之后，由中國(guó)主持的第二個(gè)大型中微子實(shí)驗(yàn)站——江門中微子實(shí)驗(yàn)站于今年年初正式啟動(dòng)建設(shè)。“作為科學(xué)工作者，真理是最高的追求，希望會(huì)有新的突破?！泵鎸?duì)已經(jīng)啟動(dòng)的中微子二期工程，王貽芳希望能取得更大的科學(xué)成果，實(shí)現(xiàn)中國(guó)中微子物理從起步到跨越的轉(zhuǎn)變。在追求科學(xué)真理的道路上，他不曾歇步?！?/p>