王貽芳：追蹤“幽靈粒子” 破譯宇宙密碼

◎ 本刊記者 蔣向利

王貽芳：追蹤“幽靈粒子” 破譯宇宙密碼

◎ 本刊記者 蔣向利

多年以來，研究中微子已成為王貽芳的一種生活方式。無論是被評上中組部“萬人計劃”杰出人才，當選為2012年度十大科技創新人物；還是不久前因在粒子物理實驗方面作出了多項具有重要國際影響的貢獻而榮獲2013年度何梁何利“科學與技術進步獎”，他都能波瀾不驚。

王貽芳1984年畢業于南京大學物理系，1992年獲意大利佛羅倫薩大學博士學位，曾在美國麻省理工學院、斯坦福大學工作。2000年入選中科院“百人計劃”；2013年入選國家“萬人計劃”杰出人才。他身兼中國科學院高能物理研究所所長、北京正負電子對撞機國家實驗室副主任、核探測與核電子學國家重點實驗室主任、中國物理學會高能物理分會副理事長、中國核學會核電子學與核探測技術分會理事長、亞洲未來加速器委員會副主席、國際未來加速器委員會委員、全球華人物理學會理事等職，曾參加L3，AMS，Palo Verde和KamLand等實驗，在中微子物理、宇宙線與天體物理、探測器設計與建造、數據分析方法等方面發表了200多篇文章。他首次提出“Swap Method” 以解決時間不對稱信號中的時間對稱本底問題，對低本底中微子實驗具有重要意義；首次完整地計算出宇宙線引致的中子產額及能譜，掃除了國際上圍繞這一問題二十多年的混亂,對低本底中微子實驗、質子衰變、雙b衰變、暗物質尋找等均有重要意義。

師承丁肇中

1984年5月，即將從南京大學畢業的王貽芳來到上海。在這里，他將參加丁肇中面向全國招收高能物理研究生的面試。

通過筆試進入面試的王貽芳第一次見到了影響他一生的導師——丁肇中教授。

“他當時問了幾個問題，比如‘波在海水中傳播，長波傳得遠還是短波傳得遠’，這些問題用大學普通物理的知識就能解決，但考驗的是基礎牢不牢靠，能否靈活運用。”王貽芳對那次面試記憶猶新。

毫無疑問，王貽芳獲得了丁肇中的青睞。隨后11年，從1985年到1996年，他在丁肇中的指導下研究高能粒子，參與L3實驗。這為他以后從事中微子的研究打下了堅實的基礎。

丁肇中的L3實驗位于瑞士日內瓦的歐洲核子中心，那里擁有世界最大的粒子加速器。在L3實驗組，王貽芳展露了物理天賦：一年時間內發表3篇論文；1990年出任“新粒子尋找組”組長，在所有L3實驗物理分析小組組長中，唯有他是一名學生；1991年，在被L3實驗組內部認為是不可能的情況下，精確測量出了陶輕子的極化。

緣結中微子

但在歐核中心待了10年，王貽芳感到：L3實驗匯聚了14國、30多所科研機構的400多名科學家，年輕人在這樣一個大型項目里，起到的作用和影響有限。

同時，美國斯坦福大學一個尚在設計階段、只有20人、研究中微子的小項目吸引了他。1996年，他向丁肇中請辭，并成為斯坦福大學項目里的骨干技術人員。

在這個小項目里，王貽芳什么都干，有時候甚至充當電焊工。但正是什么都干，讓王貽芳了解了高能物理實驗的各個方面。

也正是這個實驗，中微子研究正式走進王貽芳的物理世界。盡管當時中微子還并非研究熱門，但王貽芳樂在其中。

尋找θ13

隨著斯坦福項目的結束，王貽芳不知不覺在美國已待了6年。工作已穩定，買了房子，兒子和女兒也相繼出生，家庭也和諧。但他卻做了一個決定：回國。

2000年，王貽芳入選中國科學院“引進國外杰出人才”，2001年12月他回到祖國，擔任中國科學院高能物理研究所一名普通的研究員。

2003年冬天，王貽芳留意到：關于利用反應堆中微子來測θ13已成為國際熱點，多個外國團隊正打算進行同類實驗。

2006年底，在許多人的努力下，由中國主導、中美兩國合作、100多位科學家參與的大亞灣中微子國際項目正式啟動，這是美國能源部在基礎研究領域對外投資第二大的國際合作。2007年10月，大亞灣核反應堆300米外中微子實驗室建設啟動。

經過3年的建設、1年的安裝，2011年12月24日，大亞灣的探測器準備就緒。但此時，中國已在這場尋找中微子的賽跑中落后許多。

早在2011年6月15日，日本T2K中微子實驗就發表了θ13的測量結果，但置信度只有2.5個標準偏差（按國際慣例，置信度在3個標準差以下的測量結果叫跡象，處于3～5個標準差之間的結果叫證據，超過5個標準差的實驗結果才叫發現）。盡管T2K的這個結果最多只能被稱作“跡象”，這一研究仍被歐洲的《物理世界》列為當年十大物理突破的第7位。隨后美國和法國的實驗也相繼宣布發現了1.7個標準偏差的跡象，韓國的實驗也在2011年8月開始運行。

但55天之后，王貽芳卻領先一步。2012年3月8日，大亞灣國際實驗測得新的中微子振蕩模式，即θ13，其數值為8.8度，置信度有5.2個標準差，也就是可以被明確稱作“發現”。

“這是中國本土迄今為止最重要的物理學成果，”大亞灣中微子實驗國際合作組成員、美國杰佛遜國家實驗室副主任羅伯特·麥克歐文這樣評價。

絕不把方案讓給美國

2005年，大亞灣中微子實驗項目組成立。中國（包括香港和臺灣地區）、美國、俄羅斯、捷克等6個國家和地區的30多個研究單位的190多位研究人員組成了一個龐大的團隊。以王貽芳為代表的中方緊緊把握了實驗的主導權。

這種主導權來之不易。最初的博弈主要來自美國。談判的時候，王貽芳“單刀赴會”，和十余位具有國際影響力的美國高能物理學家開始了主導權之爭。

雙方爭論的焦點是大亞灣實驗采用誰的方案。按照美國的方案走，可以爭取到國際合作，但中方的貢獻和地位就有限；反之，可能就沒有國際合作，項目可能根本無法在國內立項。

王貽芳說：“我堅信我的方案最正確。而且國家要花這么多錢，如果把方案讓給美國，讓他們得到成果，這種事情絕對不能做！”

在談判桌外，王貽芳也聚攏了一批國內和美國華裔科學家，其中包括從美國歸來的項目副經理曹俊、項目電子學負責人李小男等優秀科學家。

最終，不愿缺席這一將對高能物理學界具有里程碑意義的大型實驗的美國，同意了王貽芳的方案。

從分歧中歸納總結

能管理好龐大的大亞灣中微子實驗項目組，王貽芳將其歸功于在L3和斯坦福的實驗經歷。

在斯坦福研究中微子時，項目小，只有十幾個人。王貽芳很多時候都要自己親自動手，每次做實驗都需要考慮方方面面，特別是實驗細節。

“這段經歷讓我了解了高能物理的各個方面，讓我在大亞灣中微子實驗中少走了很多彎路。”王貽芳說。

而在L3實驗，匯聚了14國、30多所科研機構的400多名科學家。王貽芳從丁肇中老師身上學到的重要一條就是：如何組織和協調大型科學實驗。

“他總是能在聽取眾多分歧之后，找到一條大家都能接受的道路。這一點值得我學習。”王貽芳說。

在大亞灣中微子實驗項目組，出現不同意見是家常便飯，每每這個時候，王貽芳總是能迅速歸納總結，找到最合適的方法解決分歧。

希望學生對權威說“不”

歸國十幾年來，王貽芳帶過不少學生，很多都已經成為行業骨干。談起這些學生，王貽芳說：“每次給他們定任務、定課題、定研究方向的時候，我總希望他們對我說‘不行’。”在王貽芳的心里，他希望把自己的學生培養成科學家，而不是一個高級工人。王貽芳說，也許學生想的不一定正確、尋找的研究方向或是歧路、考慮的或不夠全面，但敢于對權威說“不”、獨立思考，這是一種優秀的科學品質。“做一個優秀的科學家需要這種品質。”