王贻芳
中微子,这一神秘而微小的粒子,吸引着全球科学家的目光。从大亚湾到江门,中国科学院院士、江门中微子实验首席科学家王贻芳带领团队在中微子研究的征程上不断探索前行。
江门中微子实验昨日(8月26日)正式运行取数,它承载着怎样的科学使命?实验建造过程中攻克了哪些核心难题?国际科学家们如何实现高效协作?面对诸多挑战与质疑,这位著名高能物理学家有着怎样的思考与展望?近日,记者与王贻芳院士展开深度对话,揭开江门中微子实验背后的科学与人才密码,探寻中国高能物理迈向国际领先之路的无限可能。
大科学装置是很好的人才培养基地
记者:江门中微子实验和大亚湾中微子实验分别承载着怎样的使命?
王贻芳:大亚湾中微子实验为江门中微子实验奠定了基础,江门中微子实验在规模和探测器技术上相比大亚湾中微子实验有很大提升。大亚湾中微子实验主要测量中微子的第三种振荡模式,取得了重要成果,让我们对中微子有了新认识。而江门中微子实验的目标是测量中微子质量顺序,这是中微子研究的关键问题,对理解宇宙物质起源等有重要意义。
记者:很多科学家在大亚湾中微子实验结束后选择加入江门中微子实验。您认为大科学装置对人才培养有何意义?
王贻芳:大科学装置是很好的人才培养基地。它涉及科学目标设定、技术设计、研制生产和获取数据做物理分析等,年轻人在这个过程中能得到完整的训练。过去20年,就有很多科技工作者通过参与大亚湾中微子实验和江门中微子实验,从学生成长为国际知名专家。
“江门中微子实验是我做过最困难的实验”
记者:您曾说江门中微子实验要测量中微子质量顺序,解决这一问题后才能让我国高能物理的技术、设备、人才走到世界前列。江门中微子实验建造过程中攻克了不少核心设备难题,您能具体介绍一下吗?
王贻芳:高能物理发展取决于课题和项目选择。江门中微子实验以测量中微子质量顺序为科学目标,在此引领下,在探测器、光电探测元器件、基建、光学、化学等方面都有新发展和突破。我们首次在国内完成新型20英寸光电倍增管研制,实现国产光电技术突破,相关企业在光电探测领域取得显著效益。在钢结构国家标准制定,有机玻璃制造工艺和技术,化学品提纯、生产和后处理等方面也有突破,液体闪烁体指标达到世界最好,电子学等方面也有进展。江门中微子实验是一个边建边产出的过程,我们与企业合作实现技术方案,在让参与企业和人员得到锻炼和提高的同时,还形成了数十件发明专利。
记者:江门中微子实验是国际合作项目,例如意大利科学家负责蒸汽剥离系统,测试系统由德国科学家制作。建设过程中各国科学家有哪些分工,如何实现高效协作?
王贻芳:我们的管理体系呈金字塔结构,最终要有人来作出决定。科学家之间的合作则有一整套民主程序,大家都可以发表意见。在民主和集中上做到统一,就是要保证学术自由和发挥大家的想象力,在意见不一致时也能有决策者来拍板。
记者:江门中微子实验土建工程进行了7年,其间出现过地下水开挖进程缓慢、淹井、有机玻璃球裂缝需要反复修补等情况。请问这是您参与的遇见困难最多的实验吗?
王贻芳:江门中微子实验是我做过最困难的,也是在一定程度上感觉最无力的实验,涉及很多我们不擅长应对的非科学问题。中国大科学装置管理体系是项目经理责任制,从经费、人员到科学目标设定、技术研发、进度管理等都集中在一个人身上。其实国内外管理方式各有优缺点,与具体项目、人物、经验和团队有关,很难说哪个才是最佳方案。
记者:有人说决策者最孤独,也承担着最大的压力,作为决策者的您认可这种说法吗?
王贻芳:孤独谈不上,最终的决定往往是经过集思广益后才得出的。当然,决策者不但要从各种意见中找出最佳选项,还要承担起作出最终判断的压力,因为有时候经过讨论得出的一致意见也并非一定正确。
让中国高能物理成为国际领导者
记者:美国、日本在进行中微子实验建设,欧洲则在筹建环形正负电子对撞机,有人疑惑我们是否有必要重复建造这些设备。您对此怎么看?
王贻芳:大科学装置需要共享各种资源,包括技术、经费和人力等。三个国家的中微子实验其实都在开展国际化合作,有着各国人员参与。这三个实验的设备不一,也有着各自的特点、长处以及需要补充的地方。中国作为大国,一方面要跟别人合作参加他们的实验,另一方面要建立自己的实验让别人参加,这样才能成为和谐的共同体。过程中虽有竞争,但这种合作性竞争对大家都有促进作用。
记者:是什么吸引着您在高能物理领域钻研40多年?江门中微子实验现已开始取数,对于您而言下一个挑战是什么?
王贻芳:下一个大挑战是让中国高能物理真正成为国际领导者。目前我们虽有一些有影响力的实验,但从整体规模和水平看,还未做到真正的国际领先。要在高能物理国际战场实现领先或成为主角,我们需要一个未来在国际范围内真正领先的加速器,而环形正负电子对撞机是目前全球高能物理学家公认的未来发展的最高优先级、最佳方案。中国若能建造这样一个装置,有望在这方面取得独特地位。目前我们处于关键技术的预研、实验方案的确定和科学目标的研究阶段,要做好各种准备,争取国家支持建设。
希望产出成果能成为年轻人的教材
记者:当您第一次看到江门中微子实验探测器亮起时,最想说什么?
王贻芳:经过合作组六七百人以及工业界数千人的努力,我们用10年时间完成了装置建设。我们对它的科学产出抱有极大期待,相信能完成全部建设任务,达到所有设计指标,在短期一两年、长期差不多30年的时间里取得重大科学进展。
记者:有人说江门中微子实验可能是下一个产生诺贝尔奖的项目,您怎么看?
王贻芳:我们做科学研究不针对奖项,只关心科学产出,希望未来的产出成果能成为年轻人的教材。成果将会包含几个方面:一是针对中微子,希望把中微子振荡参数精度提高近10倍;二是寻找新物理,如质子衰变、不活跃的中微子等;三是通过研究太阳中微子,更好地理解太阳内部物理过程;四是寻找目前宇宙中应存在但还未被发现的超新星中微子,希望在未来30年能等到超新星爆发,有机会理解其过程;五是对探测器进行升级改造,开展不同中微子产生的无中微子双贝塔衰变实验,理解中微子是否为自身的反粒子,这对认识中微子性质非常重要,也有可能测出中微子绝对质量。
策划:谷江民 谢敏 统筹:王平强 王鼎强 撰文:张浩洋 陈敏锐 供图:李万兵
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