中国这项科学实验曾让美国放弃支持自己的方案

◎科技日报记者?陆成宽

运行了3275天11小时43分0秒后，2020年12月12日，深圳大亚湾核反应堆群1600米外、藏在百米高花岗岩山体腹中的大亚湾中微子实验装置，被按下了停止键。中国科学院高能物理研究所所长、中国科学院院士王贻芳宣布：“实验圆满完成科学任务，正式退役！”

大亚湾中微子实验的句号，并不是我国中微子研究的终点。250公里外，新的“接棒者”——同在广东的江门中微子实验，正在如火如荼的建设中。江门中微子实验装置建成后，必将勇攀世界中微子研究高峰，续写我国中微子研究的辉煌。

大亚湾中微子实验装置。中国科学院高能物理研究所供图

寻找第三种振荡模式，7国提出8个实验方案

中微子是一种不带电、质量极其微小的基本粒子，有人形象地将其比作基本粒子中的“隐士”。与夸克、带电轻子等基本粒子相比，中微子性质独特，它们几乎不与任何物质发生相互作用，不容易被捕捉到。因此，中微子是人类迄今了解最少的一种基本粒子，存在着诸多未解的谜题。

“对中微子未知问题的研究，不仅将完善我们对物质世界最基本规律的认识，而且很有可能导致对现有粒子物理论体系——标准模型的突破，从而踏入新物理世界的大门。”中国科学院高能物理研究所副所长曹俊告诉科技日报记者。

21世纪初，中微子成为高能物理学的宠儿。中微子研究蓬勃发展，不仅成为粒子物理最重要的分支之一，而且还扩展到天文学、宇宙学、地球物理等多个学科，形成了“中微子科学”。同时，中微子的实验研究也取得了许多重大发现, 包括发现三种中微子、发现来自天体的中微子、发现中微子振荡等。

中微子有一个特殊的性质，那就是它们经常“变身”，从一种类型转变成另一种类型，即中微子振荡。

原则上，三种中微子之间相互“变身”，两两组合，应该有三种模式。其中两种模式分别在上世纪60年代、80年代即有迹象，当时称作“太阳中微子之谜”和“大气中微子之谜”。1998年日本的超级神冈实验正式发现了大气中微子振荡，随后太阳中微子振荡也被多个实验证实。

“然而，第三种中微子‘变身'模式一直未被发现，甚至有理论预言其根本不存在。”曹俊说。

由于科学意义重大，2003年起，俄罗斯、法国、美国、日本、韩国等7国相继提出8个相似的中微子实验方案。中国科学院高能物理研究所的科研人员也在这一年提出设想，利用我国大亚湾核反应堆群产生的大量中微子，来寻找中微子的第三种振荡模式。

稳妥推进装置建设，创造安全爆破世界纪录

那时，王贻芳和曹俊都觉得，中微子实验研究蕴含着获得重大物理发现的机遇。

“全世界的粒子物理学者都在寻找第三种振荡模式，中国绝不能错失这次机会，应该积极参与其中，提出自己的实验方案，或许这个重大突破就是我们的。”曹俊微笑着说。

为了实现中微子研究梦，王贻芳和曹俊拿出了自己获得的人才基金，加上中国科学院高能物理研究所特批的100万元，开始了中微子实验的选址勘测工作。

看到大亚湾核电站旁边的排牙山后，这群物理学家难掩心中喜悦。“核电站反应堆群总功率很高，可以放出海量的中微子，供实验测量；排牙山几百米厚的山体可以隔绝宇宙射线的干扰，这大概是全世界最好的实验点。核电站旁边有这样一座小山，可以说，这是上天眷顾中国高能物理学界。”曹俊感慨道。

不久后，由中国科学院高能物理研究所提出的大亚湾中微子实验方案，就因具有地理优势、设计独特，取得了国际上的关注。美国能源部还放弃了支持本国的两个实验方案，转而支持美国科学家加入大亚湾中微子实验。

然而，中微子实验选址过程却并非一帆风顺。“我们找大亚湾核电站时，他们内部对于我们做实验是有分歧的，协调过程并不容易。”曹俊说。

江门中微子实验站建设场地全貌。中国科学院高能物理研究所供图

分歧的焦点就是安全。

中微子实验需要开山，但爆破引起的震动对反应堆来说是个极大的考验。一旦出现超过标准的震动，所有反应堆都会自动停机，对整个电网的冲击很大。为确保万无一失，项目批准时定下的震动标准是国标的1/10，到了现场又“打了7折”。

施工方曾把大亚湾中微子实验装置的建设过程，比喻成“绣花”。以施工方的实力，一个月掘进150到200米不成问题，但在核电站旁边施工，刚开始时，7到8天才能推进1米。

文章来源：《科学与社会》 网址: http://www.kxysh.cn/zonghexinwen/2021/0525/702.html