翹首以待，2016年度國家自然科學獎一等獎得主揭曉，“大亞灣反應堆中微子實驗發(fā)現(xiàn)的中微子振蕩新模式”9日獲得殊榮。

這個自然科學領域最受矚目的獎17年來曾9度空缺，可謂“慎之又慎，寧缺毋濫”。簡單來說，獲得項目必須是重大科學發(fā)現(xiàn)，得到同行認可。

得獎的大亞灣實驗到底是什么？在攀登科學高峰的途中，中國又抵達了哪個位置？

大亞灣實驗：要“活捉”神秘中微子

從時間開始的那一刻起，中微子就無處不在，構成了世界的本源，但人類認識它卻僅有80余年，還留有許多未解之謎。在科學家眼中，中微子的神秘面紗每掀開一層，都能讓人們向宇宙終極法則更接近一步。相關研究在最近28年間已4次斬獲諾貝爾獎。

可是，中微子幾乎不與任何物質發(fā)生作用。這也是為什么雖然每秒鐘有億萬個中微子穿過我們的身體，但我們很難發(fā)現(xiàn)它的蹤影。

中微子有多難捕獲？美國科學家雷蒙德·戴維斯因為觀測中微子的開創(chuàng)性工作而獲得2002年諾貝爾物理學獎，諾獎委員會這么形容他的工作：“相當于在整個撒哈拉沙漠中尋找某一粒特定的沙子?！?/p>

更讓科學家“郁悶”的是，中微子還會玩“失蹤”。如果把中微子比作蘋果：理論預期太陽釋放100個綠色蘋果，可地球上只看到了35個，為什么？科學家后來知道，因為有65個綠蘋果變成了黃色或者紅色的，這就是“中微子振蕩”。

△上圖顯示了三個實驗廳內的六個中微子探測器測量到的中微子數(shù)與預期中微子數(shù)的比值。

我們生活的這個世界，有一些最基本的物理規(guī)律，一代又一代科學家費盡心血構建起了一個“標準模型”來闡述這些規(guī)律?？芍形⒆诱袷幣c這個標準模型并不兼容。到底是哪里出現(xiàn)了問題？近乎完美的模型是否要推倒重建？一切取決于科學家能否掌握中微子振蕩的秘密，或者說是“蘋果”變色的概率。

一個名為θ13的參數(shù)這時候成了焦點，大亞灣實驗就是要找出θ13的大小。

“中國最重要物理學成果”：贏得全球科學家的賽跑

找出θ13的大小，如果打比方說，就是不僅要“捉住”神秘的中微子，還要讓它開口說話，“交代”宇宙的一個終極秘密。

一場重量級的競賽在全球展開。除了大亞灣實驗，幾乎同時啟動的還有法國的Double Chooz、韓國的RENO反應堆實驗。此外，利用加速器中微子的兩個實驗——日本的T2K和美國的MINOS也在高速進行。各國的頂尖高能物理學家紛紛投身這五個實驗，誰先測到θ13，誰就能贏得這場全球科學家的賽跑。

“關鍵在實驗的精度。”中國科學院院士、大亞灣中微子實驗項目負責人王貽芳說，實驗環(huán)境因此要更深、更暗、更干凈，數(shù)據(jù)分析則要爭分奪秒。

從大亞灣核電站的山底一路向下，穿過3千米的隧道，位于實驗廳里的中微子探測器正靜靜“坐”在深藍色的超純水中，睜大“眼睛”緊緊盯著來自核反應堆的中微子。

2012年3月8日，大亞灣實驗拔得頭籌：發(fā)現(xiàn)了第三種中微子振蕩模式并精確測量到其振蕩概率。這一成果入選《科學》雜志評選的“2012年度十大科學突破”，并被美國同行譽為“中國有史以來最重要的物理學成果”。

截至目前，大亞灣實驗已經(jīng)收獲了累累碩果，首次報道測量θ13的文章被引用上千次，成為高能物理研究的經(jīng)典文獻之一。

繼續(xù)探索未解之謎：要站到世界最前沿

自然科學獎以關注基礎研究、強調原始創(chuàng)新著稱，一等獎更是象征著我國基礎研究領域的自主創(chuàng)新能力。

如果把大亞灣實驗比喻為載人航天，那么接下來應該就是載人登月和深空探索。航天領域有這樣步步發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃，在中微子領域，我國科學家又有何規(guī)劃呢？王貽芳說，大亞灣實驗的成功使我國的中微子物理研究向前邁出了一大步，繼續(xù)探索中微子未解之謎，將是我國相關研究實現(xiàn)跨越式發(fā)展和全面領先的機遇。

王貽芳說，如果說大亞灣實驗測到的θ13是起步的話，那么正在建設的江門中微子實驗很有希望確定中微子的質量順序從而實現(xiàn)跨越。未來建造所有高能物理學家的夢想——高能粒子加速器，將達到國際領先水平。“一旦走完這條不尋常的路，中國必將在中微子研究領域站在世界的最前沿?！?/p>

本文來源：新華視點 中科院之聲

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