王貽芳：追尋“幽靈粒子”

□梁偉袁志勇 田曉冰

王貽芳：追尋“幽靈粒子”

□梁偉袁志勇 田曉冰

中微子，以近似光速運動，悄無聲息地自由穿行于地球，難以捕捉，有人稱它是“幽靈粒子”。中微子是構成物質世界的12種基本粒子中人類了解最少的一個，也是破譯宇宙起源與演化密碼最重要的鑰匙。十多年來，研究中微子，已成為大亞灣中微子項目首席科學家、中國科學院高能物理研究所所長王貽芳的一種生活方式。

北京時間2015年11月9日上午，作為目前全球獎額最高的科學獎項、被譽為科學界“第一巨獎”的“突破獎”頒獎儀式在美國加州圣何塞舉行，52歲的王貽芳作為大亞灣中微子項目首席科學家獲得基礎物理學突破獎——這也是中國科學家首次獲得該獎項?！巴黄篇劇庇啥砹_斯科技界投資人尤里·米爾納于2012年創立，最初用于表彰在物理領域的突破性研究，后來獎項也擴大到生命科學和數學領域。米爾納希望該獎項可以“建立科學和理性主義的正面形象，并引導人們對科技的未來保持樂觀態度”，提升科學家在公眾視線里的地位。

師承諾獎獲得者丁肇中

因為對物理感興趣，高考后填報志愿時，王貽芳就報了南京大學物理系原子核物理專業。別說那個年代，就是現在，這也不屬于熱門專業。1984年5月，即將從南京大學畢業的王貽芳來到上海，在這里，他將參加諾貝爾物理學獎獲得者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。”王貽芳對那次面試至今記憶猶新。

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。

丁肇中領導的L3實驗在位于瑞士日內瓦的歐洲核子研究中心進行，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。

在這里待了11年，王貽芳感覺遇到了瓶頸，喜歡挑戰的他有些不安于現狀?！耙驗槟贻p人在一個大型項目里，起到的作用和影響都是有限的。而那個時候美國斯坦福大學有一個尚在設計階段、只有20人的小項目。對于當時的我來說，那是一個理想的平臺，可以參與更多，以彌補我在高能物理實驗中其他領域的欠缺。”王貽芳說。

就這樣，王貽芳辭別丁肇中，來到斯坦福大學，并成為項目里的核心技術人員，工作做得有聲有色。在這個小項目里，王貽芳什么都干，有時候甚至充當電焊工。正是什么都干，讓王貽芳了解了高能物理實驗的各個方面。在這里，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。

致力于中微子研究

隨著斯坦福項目的結束，王貽芳不知不覺在美國已待了4年。此時的他工作穩定，還買了房子，兒子和女兒也相繼出生，在外人看來，他過上了幸福的生活。然而讓人意想不到的是，此時的他卻做了一個決定：回國。

2000年，王貽芳入選中國科學院引進國外杰出人才“百人計劃”。2001年年初，38歲的王貽芳說服了妻子，賣了房子，攜家人回到了祖國，來到高能物理研究所工作。“坦率地說，在美國像我這樣的研究人員，多一個不多，少一個不少。我還是想做一點事情，而國內有這個機會，所以就回來了?！闭f起當時回國的原因，王貽芳如是說。

2002年，王貽芳與日本、美國的同行同時宣布，他們發現了核反應堆中產生的中微子消失的現象，這意味著反應堆中產生的中微子發生了振蕩，變成了另一種沒有被探測到的中微子。2003年，王貽芳提出設想，利用我國大亞灣核反應堆群產生的大量中微子，來尋找中微子的第3種振蕩（中微子的前兩種振蕩即“太陽中微子振蕩”和“大氣中微子振蕩”已被實驗證實，其發現者憑此獲得了2002年諾貝爾物理學獎），并提出了實驗和探測器設計的總體方案。他多方奔走，呼吁國內開展這一實驗研究。

大亞灣中微子實驗最初被定位為一個國際合作項目。在當時進行立項申請時，“國際合作”這個名頭提供了巨大便利，但也帶來了一些麻煩。其中最困難的就是實驗主導權的問題。如果采用美國人的方案，國際合作是來了，可是中方的權利就會無形中被控制，倘若堅持我們自己的方案，外國人可能就“不玩”了，立項也會變得尤為艱難。

“他們的方案存在問題，我不能答應。而且我堅信我們的方案最正確?！蓖踬O芳說。幸運的是，這場沒有硝煙的戰爭不是王貽芳一個人在戰斗，通過他的影響力，王貽芳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。經過集體智慧的博弈，加上大家都明白這將是對高能物理學界具有里程碑意義的大型實驗，美國人自然也不愿意缺席，他們最終選擇了妥協。王貽芳說：“他們最終愿意參與進來，是因為我們在科學上站得住腳，對方在科學上說不過我?！?/p>

2006年，大亞灣中微子實驗國際項目正式啟動，這是美國能源部在基礎研究領域對外投資的第二大國際合作。由中國、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多位研究人員組成的團隊順利誕生。這其中，以王貽芳為代表的中方緊緊把握了實驗的主導權。用了不到一年的時間，大亞灣核反應堆中微子實驗室建設啟動。

科學領域的世界性突破

2011年，王貽芳擔任高能物理研究所所長一職，成為我國高能物理領域“國家隊”的帶頭人。這年年底，大亞灣的探測器也準備就緒，但這并不意味著尋找中微子的賽跑中國已經走在了世界前列。早在半年之前，日本T2K中微子實驗就發表了中微子第3種振蕩參數的測量結果，但置信度只有2.5個標準偏差 （按國際慣例，置信度在3個標準偏差以下的測量結果叫跡象，處于3—5個標準偏差之間的結果叫證據，超過5個標準偏差的實驗結果才叫發現）。雖然還沒有達到5個標準偏差，但這一結果還是被歐洲的《物理世界》列為當年十大物理突破之一。除此之外，法國、韓國都跑在了我們的前面。

但是這樣的局面沒有持續太久，王貽芳和他的團隊就完成了中微子第3種振蕩參數的精確測算，置信度達到了5.2個標準偏差，從而證明了中微子第3種振蕩模式的存在。大亞灣中微子實驗國際合作組成員、美國杰弗遜國家實驗室副主任羅伯特·麥克歐文說：“這是中國本土迄今為止最重要的物理學成果?！?/p>

2012年年底，美國《科學》雜志評選的年度十大科學突破，大亞灣中微子實驗赫然名列其中。的確，這是一項重大科學成果，科學家們發現了這種新的中微子振蕩模式，首次精確測量到其振蕩幅度，從而開啟了未來中微子研究的大門。大亞灣中微子實驗這一重要發現，還將使科學家對物質世界的基本規律有新的認識，為未來進行下一代中微子實驗以探索研究宇宙中物質和反物質不對稱性即破解“反物質消失之謎”，開啟了道路和奠定了科學基礎。 這也難怪在成果發布后，不少媒體直接將其同諾貝爾獎聯系在一起。但是此時的王貽芳卻是相當清醒的，只說了一句：“別想太多，實驗需要一步步來。”

大亞灣中微子實驗的成功也讓“榮譽”紛至沓來： 2012年，王貽芳被評為該年度“十佳全國科技工作者”，并榮獲第六屆周光召基金基礎科學獎；2013年，獲何梁何利基金科技進步獎；2014年，獲潘諾夫斯基實驗粒子物理學獎；2015年，獲基礎物理學突破獎。

然而，榮譽似乎并不是王貽芳所追求的最終目標。他曾在接受媒體采訪時用了一個很少拿來描述物理學的詞語來形容自己的科研心路——“幸福”。“對物理學的研究，人為的干擾因素較少，因此它的結論是幸福而可靠的。”他這樣說。

繼大亞灣反應堆中微子實驗之后，由中國主持的第二個大型中微子實驗站——江門中微子實驗站于今年年初正式啟動建設。“作為科學工作者，真理是最高的追求，希望會有新的突破。”面對已經啟動的中微子二期工程，王貽芳希望能取得更大的科學成果，實現中國中微子物理從起步到跨越的轉變。在追求科學真理的道路上，他不曾歇步。□