曹俊 樂觀的物理學家

　　變化的中微子
　　對于自己正在研究的“中微子振蕩”，曹俊的理解很簡單，就好像一群馬跑著跑著，一部分變成了牛，一部分變成了羊，而他的研究，則是“看看反應堆中出來的‘馬’中微子，跑完一段路后還剩下多少個……”
　　作為基本粒子中的一個，中微子最大的特征就是變幻莫測，難以測量。在這個粒子還只是個猜測的時候，它的預言者、奧地利物理學家泡利曾認為自己的想法很荒謬——一個很小、不帶電、幾乎測不到的粒子，這聽上去像皇帝的新裝。泡利以一箱香檳酒為賭注，認為沒人能觀測到自己預言的那個粒子。不料26年后，他損失了一箱香檳。
　　利用氯化鎘溶液，美國人首先捕捉到了中微子——在那玩意兒中，中微子會被捕獲，然后通過液體閃光體發出光信號。被證實存在后，中微子的另一個麻煩出現了，它們會莫名其妙地消失。無論如何去捕獲，能被抓住的太陽中微子都只有理論預言的1/3，當時的人們還知道中微子應該有3種，于是就有人想到，跑掉的那2/3是不是變成了其他種類的中微子，導致探測器觀測不到。
　　到1998年，利用日本神岡町一個裝了5萬噸水的大水罐，人們發現了中微子變身的秘密，這種變身被稱為“振蕩”，3種中微子互相變化的振蕩角度分別被寫作：θ12、θ23和θ13。在過去幾十年中，科學家們已經通過大氣中微子和太陽中微子實驗測量到了θ12和θ23。而且，2002年，因對“宇宙中微子”的測量，超級神岡實驗的小柴昌俊和發現太陽中微子丟失的戴維斯被授予了諾貝爾物理學獎。至此，中微子振蕩的框架幾乎只需一個θ13就完美了。
　　2012年3月8日，曹俊所在的大亞灣中微子實驗國際合作組公布了sin22θ13的數值——0.092，誤差0.017——這是中國本土首次測到的基本物理學參數。消息傳到美國的當天，李政道發來賀電：“這是物理學一個有基礎重要性的成就。”接受《科學》雜志采訪時，杰弗遜國家實驗室的一位高能物理學家也評論道：這是首次來自中國的對物理科學的實質性貢獻。
　　4月27日，論文《大亞灣發現電子反中微子消失》在美國《物理評論快報》正式發表，作者是中科院高能所的研究員曹俊。
　　“唯象”物理
　　從玉泉路上的中國科學院研究生院向里走，經過一個被戲稱為“科學技術頂個球”的雕像，就是高能物理研究所了，曹俊的主要工作場所就在這里。作為一個高能實驗物理學家，曹俊的辦公室里空蕩蕩的，沒有書，桌上放了臺手提電腦。我問他，是不是今天的粒子物理學家還像愛因斯坦的時代一樣，只要一張紙一支筆就夠了？“不是，現在主要靠它。”他指了指電腦。
　　他很耐心地向我們解釋了一陣子振蕩角度，“那不是個真實的角度，是一種參數化的表達方式，是個概率，中微子的變化概率隨飛行距離呈余弦振蕩，最多有sin22θ13的幾率變成其他中微子……”不過，很抱歉的是，我和攝影師還是無法像物理學家一樣，把概率看成像紙面上的三角形一樣的真實具體的存在，于是，討論很快進入了下一個問題。
　　“為什么要學物理？”
　　“小時候就對物理的、化學的、天文的東西很感興趣，那時候看很多這方面的書，都很喜歡，惟一不感興趣的是一本講人類起源的書。”
　　在自然科學里，物理常被稱作皇帝，數學被認為是皇后，一帝一后究竟誰更重要，爭論不休且無結論，不過，總的來說，人們普遍認為，數學是邏輯的，物理是實驗的。年輕時，曹俊曾立志做一個像霍金一樣純正的理論物理學家，能夠用純粹的數學作為研究工具，站在數學和物理的塔尖上，卻因為研究生面試失利，到了高能所，后來又誤打誤撞進了實驗物理的圈子。后來卻證明這是好事情：“我的思維方式其實更適合做實驗，不喜歡復雜公式，喜歡一閉上眼，物理過程能像電影一樣在腦子里上演一遍。”
　　作為一個實驗物理學家，曹俊沒有時間看美劇《生活大爆炸》，他的大部分工作是解決有關實驗的一些瑣碎事情。他曾經花了兩年多時間與機械、材料，甚至化學打交道，完成了中微子探測器的設計。至于理論，他說，偶爾他們也對實驗結果進行一些“唯象”的分析——“唯象”，“意思是基于實驗的”，不像那些更有野心的理論物理學家，能夠在頭腦中創造一整個宇宙，“我們只做基于實驗結果的模型假設。”
　　我問這位物理學家：你是否覺得目前的物理學框架已經基本完成，基礎物理學家已經無事可做了？“沒有呀，”他說，“現在還有很多問題需要解決，比如‘上帝粒子’黑格斯，比如中微子——從歷史上看，小烏云也許會導致新的物理學革命。”
　　終于見到你們了，真好！
　　從高能所博士畢業后，曹俊先去法國，又去了美國的費米實驗室。2004年，應高能物理所的王貽芳（現任中科院高能物理研究所所長）之邀回國，在大亞灣核電站旁邊的一座花崗巖的小山上，籌備一個尋找θ13的實驗。
　　那幾乎是地球上最適合測量θ13的地方——大亞灣核電站的功率是世界第二，釋放的中微子足夠多，而花崗巖的山體則可以阻隔宇宙射線的干擾。據說，在大亞灣實驗基地的控制室，一塊白色演示板上勾勒著一個卡通形象：“θ13”揮著手，出現在研究者面前，說：“終于見到你們了，真好！”
　　2011年8月15日，大亞灣實驗第一個實驗廳開始獲取數據。今年3月，它公布了θ13的精確角度，這是人類第一次測到它。用了半年就獲得重大成果，曹俊認為，“我們是幸運的，過程其實不順利。”
　　2004年籌備之初，王貽芳就開始利用一切機會為大亞灣項目爭取資金，最終，除了國內1.57億人民幣，大亞灣項目還拿到了美國能源部的3400萬美元，成為美國能源部在國外投資的第二大基礎科學項目。不包括前期的勘測設計，從2007年到2011年，大亞灣基地建了4年，在距大亞灣核電站360米的地下百米深處挖了3公里的隧道，建起了3個裝有超過2000噸純水的實驗廳——“主要困難是在核電站附近的花崗巖中挖地道，爆破時，需要極高的安全標準”。不過，“利用施工的時間，完成了大部分的探測器制作，陸續運到現場組裝。這樣土建完成不久，我們就開始取數了。”
　　這樣一個實驗的成功秘訣是精密策劃的嗎？
　　“建設上需要精密策劃，但好的物理成果都是無法規劃的。日本超級神岡第一次測到大氣中微子振蕩的實驗，原本是想測質子衰變，沒測到，反倒意外地測到了中微子振蕩。”
　　中微子的新物理
　　發現中微子第三種振蕩