求解宇宙起源,《閃耀的平凡》走近「幽靈粒子」的中國捕捉者

2021-01-13 瀟湘晨報

由國務院新聞辦對外推廣局、湖南省政府新聞辦指導,國家廣電總局網絡視聽節目管理司支持,芒果超媒、芒果TV出品的聚焦中國新興行業領域奮鬥者的系列短視頻《閃耀的平凡》第十集《「幽靈粒子」捕捉者》6月3日於芒果TV上線,湖南衛視6月5日17:50播出。

本期節目觀察者歐生·優麗來到中國科學院高能物理研究所,與高能物理學家王貽芳、曹俊以及溫良劍對話,了解中國粒子物理學研究走上世界舞臺背後的中堅力量。

中微子的「小振蕩」帶來了國際物理學界的「大震撼」

所謂「幽靈粒子」,實際上就是中微子,這種粒子個頭小,不帶電,可自由穿過地球,幾乎不與任何物質發生作用,號稱宇宙間的「隱身人」就像幽靈一樣的存在,科學家們以「幽靈粒子」來描述它。中微子是組成自然界的一種基本粒子,在宇宙中廣泛存在。大多數粒子物理和核物理過程都伴隨著中微子的產生,例如太陽發光、超新星爆發、宇宙射線、核反應堆發電等。正因為中微子幾乎不與其他粒子相互作用,它們攜帶著關於恆星、黑洞乃至整個宇宙的「核心秘密」,吸引著好奇的人類,希望以此揭開宇宙起源與演化的終極奧秘。

上世紀50年代,科學家首次觀測到中微子的存在,在這個領域,中國是後來者,但卻做出了重要貢獻。2012年,以中科院院士王貽芳為代表的中國團隊,成為全球首個發現中微子第三種振蕩模式的科研團隊,在整個物理界引起了轟動,成為世界中微子研究的一個重要裡程碑。江門中微子實驗即將在2022年完成的探測器建造,是中國前所未有的最複雜高能物理實驗裝置,比目前最好的國際同類裝置大20倍,預計能將中微子振蕩參數的精度,提高一個數量級。

△江門中微子實驗中心探測器

蟄伏大亞灣 中國團隊接力探測 全身心投入祖國科研

1984年,從南京大學原子核物理專業畢業的王貽芳收到通知——諾貝爾物理學獎得主丁肇中準備挑選一批優秀的中國學生前往歐洲參與由他主持的L3實驗。這是一個在日內瓦進行的超大規模實驗,研究方向是宇宙的構造之謎。在那裡,有當時世界上最大的粒子加速器。這段學習經歷令他獲益匪淺,不僅是他科研工作的起點,也讓他了解到科學研究的基本方法和理念,形成了良好的科研習慣,為日後從事高能物理學研究打下了紮實的基礎。

2001年,事業和家庭都已穩定的王貽芳毅然決定回國開啟全新的徵程,回國後,他四處奔走,在廣東大亞灣核電站附近建設探測實驗室。2012年,歷時六年的大亞灣反應堆中微子實驗終於取得了突破——王貽芳團隊宣布發現了中微子的第三種振蕩模式,並精確地測量到了其振蕩機率,成為中微子研究的一個重要裡程碑。美國《科學》雜誌將之列入2012年全球十大科學突破,王貽芳和他的團隊獲得了累累殊榮,其中包括被稱為科學界「第一巨獎」的基礎物理學突破獎。這一重大發現被譽為「中國本土迄今為止最重要的物理學成果」,還榮獲2016年國家自然科學獎一等獎,就在去年王貽芳又捧獲了2019年未來科學大獎「物質科學獎」,中國的高能物理研究走到了世界前列。而王貽芳對世界的探索遠未停止,為了進一步揭開對物質世界的未知,他的下一個目標就是在中國建造世界上最大的粒子對撞機。

△王貽芳榮獲2019年未來科學大獎「物質科學獎」

探索從未停止 後浪緊隨其後

除了是一位兢兢業業的學者,王貽芳對培養年輕科學家也充滿了熱情,跟隨他的腳步,一批正在成長的科學家整裝待發,致力於在祖國實現下一個科研突破。與王貽芳一同工作多年的曹俊研究員就是其中一員,如今的他已經是大亞灣國際合作組聯合發言人,能夠從零開始參與實驗的設計和建造,曹俊很珍惜這樣難得的機會。曹俊在粒子物理學上的研究,為他贏得了很多獎項,其中包括獲得2012年度「亞太物理學會聯合會楊振寧獎」 、2016年國家自然科學獎一等獎。他一直對王貽芳在工作中獨具前瞻性的見識非常欽佩,他說:「我覺得王貽芳非常擅長從未來的角度去看待未來,他對我的影響很多。」

△中科院高能物理研究所副所長曹俊

在王貽芳的領導下,高能物理研究所吸引了許多年輕的科學家,中科院高能物理研究所研究員溫良劍,曾主動寫信請求在王貽芳身邊學習。溫良劍覺得王貽芳對科研的要求一直都非常高,對學生尤其如此,他會激勵學生去提出自己的想法和方案,激勵學生不斷研究新事物。2016年,溫良劍因在中微子研究中的成績,獲得國際純粹與應用物理學聯合會的粒子與場委員會(C11)青年科學家獎,這也是該獎項第一次頒發給中國大陸的粒子物理學家。

科學進步不斷提升著我們的生活質量,並加速我們對世界的了解,每一次重大科學發現都展示著人類追求真理的好奇心和矢志不移的決心。中國科學家們的不懈追求,和對未知的不斷探索令人敬佩,相信隨著時間的推移,中國能夠為世界帶來更多科技性的突破,人類能夠解開更多關於宇宙的深層奧秘。

瀟湘晨報記者周詩浩

【來源:瀟湘晨報】

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