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深山底下捕捉中微子:多方無私合作、國際科學賽跑中率先撞線
2012年3月8日,中科院高能物理研究所的報告大廳里,所長王貽芳宣布:中微子的第三種振蕩模式被發現了!大廳里掌聲雷動;1小時內,賀電與歡呼聲從世界各地飛來。大亞灣中微子實驗的成功,被稱為新中國成立以來最重大的實驗物理成就。
贏下這次強手如林的沖刺賽,中國科學家們不禁感慨十年來的酸甜苦辣。
上天眷顧有準備的人

山上樹木蔥蘢,也遮不住嶙嶙的花崗巖。近在咫尺,是大亞灣核電站灰色水泥外殼的4座反應堆。
物理學家難抑興奮:核電站旁邊有這樣一座小山,難道是上天眷顧中國高能物理學界——核電站放出海量的中微子,可供測量;幾百米厚的山體隔絕宇宙射線的干擾。
21世紀初,中微子成為高能物理學的寵兒。難以測量的它,寄托了解決宇宙基礎謎題的希望。隨著國際上看好中微子研究前景,俄、法、美、日、韓等國相繼提出8個測量“中微子第三種振蕩”方案。
此時,中科院高能所的王貽芳、曹俊拿出自己的人才基金,加上高能所特批的100萬元,開始中微子實驗的選址勘測。2003年,他們聽說深圳大亞灣核電站邊有座小山,立刻來勘查。
登上排牙山之前,他們的腦子里已有了主意:不造大探測器(當時認為只有體積大才能提高精度),而是做成幾個小的、模塊化的探測器。這樣便于實驗中探測器的遠近點交換,而且運進去不需要太大的隧道,便于施工。
事實證明,大亞灣設施雖然完工晚于競爭對手,但由于探測器體積小,洞外安裝完畢,運進去稍加調試就能工作。而且多模塊探測大大降低了實驗誤差。
無私合作成就大科學工程

中科院高能所在深圳無土地、無法人資格,不能向市政府申請開工。協調決定,以中廣核集團的名義申請建設,深圳政府予以支持。
科學家備受感動:中微子實驗不會為深圳市和中廣核集團帶來利潤,只帶來無限多的麻煩。而中廣核集團慷慨出資3500萬元?!按髞啚硨嶒為_創了國家、地方政府、企業及國際合作共同支持基礎研究的先例。”中科院高能所原所長陳和生院士說。
“為了核電站的安全生產,我們必須要讓爆破量達到最小?!惫こ添椖拷浝碥嚰t星說,最小的一次爆破僅使用了200克炸藥。
“為了執行核安全標準,我們的隧道建設延長了約2年?!贝髞啚硨嶒灴偣こ處熐f紅林說,這次工程實施了近3000次爆破,開掘了3000米地下隧道和5個地下實驗廳。
中心探測器鋼罐,直徑5米、高5米,壁厚僅1厘米,變形要在1毫米以內。廣東中澤重工公司的洪紫林說,他們進行了80多次焊接試驗,一個20噸的鋼罐“用了一年多時間才完成”。
“成本是正常產品的7倍,單論這個項目我們是虧了錢的?!焙樽狭终f,“但我們能參與到國家項目中很榮幸?!?/p>
中國制造質量無可挑剔

同一實驗廳放置2-4個全同探測器進行對比測量,這個方案曾被美國合作方激烈質疑。最后證明中國人的想法是大膽而正確的。
裝配大廳的水泥地面建設完工后,來自美國的科學家,趴在地上一寸一寸用硬木敲擊,側耳傾聽,保證地面沒有一點點空隙,以確保設備的安裝質量。他們發現“中國人的施工質量無可挑剔”。
實驗開始后,每天數據多達250GB,同時傳輸到北京中科院高能所和世界各合作單位,而中方的分析是最快的;最終結果采用了中方的分析。曹俊說,這歸功于中方預先開發分析軟件,并模擬演練。
別人在過年,大亞灣在沖刺。大亞灣的成功是“搶”出來的,與各國一流科研機構的合作中,中國團隊憑實力贏得了尊重,讓國際高能物理界看到了漂亮的中國數據,聽到了響亮的中國聲音。
爭分奪秒率先撞線

裝配吊車的一個螺栓壞了,由于是特制的,必須從河南取來。馬上有科學家坐飛機過去,機場交接,即刻返回。
實驗室電纜布線,設備工藝,與國際同行網上開會……為贏得國際競爭,大亞灣沒有節假日,“白加黑”“五加二”,兩班倒工作16個小時是常態。
在研制液閃大規?;熘圃O備時,工作人員連續一個月試產,每天從上午忙到第二天凌晨4時。
2011年,日、美、法等國相繼發布了中微子第三種震蕩的“跡象”。為首先撞線,大亞灣果斷改變8探測器的方案,先使用6個探測器,2011年12月24日起至2012年2月17日搶先測數。成功結果就來自這一階段的數據。
論證4年,施工3年,安裝實驗設施1年,取數55天,分析只用半個月,這就是大亞灣的速度。進度曾經領先世界的韓國同行,在中科院高能所成功后3周發布了類似結果。
中科院高能所宣布成功當天,李政道先生發來郵件:“這是物理學上具有重要基礎意義的一項重大成就?!?/p>
大亞灣人自稱“一群勤勞的螞蟻”:工作在陰暗潮濕的隧道,卻造出一座美麗的科學宮殿。
(原標題 十年一劍,大亞灣中微子實驗令世界矚目)





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