11月17日，王貽芳在2019未來科學(xué)大獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮上發(fā)言。未來論壇供圖
捐50萬美元獎(jiǎng)金助力大型對撞機(jī)建設(shè)
王貽芳、陸錦標(biāo)兩位科學(xué)家獲得2019未來科學(xué)大獎(jiǎng)“物質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)”。他們實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了第三種中微子振蕩模式，為解釋宇宙中物質(zhì)與反物質(zhì)不對稱性提供了可能。頒獎(jiǎng)典禮上，王貽芳宣布捐出全部50萬美元獎(jiǎng)金，建立“環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)促進(jìn)基金”。他同時(shí)對曾受爭議的環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)予以回應(yīng)，表示這個(gè)對撞機(jī)的科學(xué)目標(biāo)就是要研究希格斯粒子的性質(zhì)，現(xiàn)在是推動(dòng)對撞機(jī)建設(shè)的最好時(shí)機(jī)。
11月17日，在未來科學(xué)大獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)邎?bào)告會(huì)和采訪環(huán)節(jié)，中國科學(xué)院院士、中科院高能物理研究所所長王貽芳介紹了江門中微子實(shí)驗(yàn)的最新進(jìn)展。對曾受爭議的環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)（CEPC），他表示，現(xiàn)在是推動(dòng)對撞機(jī)建設(shè)的最好時(shí)機(jī)，這個(gè)時(shí)間窗口不會(huì)超過10年。
新發(fā)現(xiàn)有助于理解反物質(zhì)消失之謎
王貽芳的名字首次走入大眾視野，源于“新的中微子振蕩模式”的發(fā)現(xiàn)。這項(xiàng)成果入選美國《科學(xué)》雜志2012年全球十大科學(xué)突破，獲2016年度國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。
中微子是構(gòu)成物質(zhì)世界的12種基本粒子之三（電子中微子、μ中微子和τ中微子），是在核衰變與核反應(yīng)中釋放的具有極其微弱相互作用的基本粒子。宇宙大爆炸時(shí)，在第一秒鐘內(nèi)就產(chǎn)生了無數(shù)的中微子。但中微子幾乎不跟任何物質(zhì)發(fā)生作用，不容易被捕捉到。
一種中微子在飛行過程中變?yōu)榱硪环N中微子，然后再變回來，就是中微子振蕩。捕捉中微子的振蕩模式，有可能讓科學(xué)家了解宇宙的演化及其中的結(jié)構(gòu)如何形成等問題。
本世紀(jì)初，日本與加拿大的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)已知三種中微子之間的兩種相互轉(zhuǎn)化現(xiàn)象（振蕩），標(biāo)志中微子具有不為零的質(zhì)量，也存在超出當(dāng)前粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的相互作用，因而獲得2015年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
王貽芳和團(tuán)隊(duì)將中微子探測實(shí)驗(yàn)室設(shè)在大亞灣核電站。大亞灣核電基地為實(shí)驗(yàn)提供了豐富的中微子源。這里緊鄰高山，可以為地下實(shí)驗(yàn)室屏蔽宇宙射線干擾。
但是開挖地下實(shí)驗(yàn)室并不容易，需要解決大量技術(shù)難題。王貽芳舉例說，在距核反應(yīng)堆很近的地方進(jìn)行爆破，是實(shí)驗(yàn)當(dāng)中遇到的巨大困難?！白罱K我們克服重重困難，安全完成了鄰近核反應(yīng)堆的約3000次爆破作業(yè)，建成了地下實(shí)驗(yàn)室?！?/p>
2012年3月，王貽芳和陸錦標(biāo)代表大亞灣國際合作組宣布首次探測到中微子的第三種振蕩模式。第三種中微子振蕩的確立，打開了理解反物質(zhì)消失之謎的大門。
開展江門中微子實(shí)驗(yàn)，明年安裝探測器
大亞灣實(shí)驗(yàn)完成后，王貽芳帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)馬不停蹄投入下一個(gè)中微子實(shí)驗(yàn)——江門中微子實(shí)驗(yàn)。2015年，江門實(shí)驗(yàn)開始建設(shè)。
“實(shí)驗(yàn)將探測中微子的質(zhì)量順序，精確測量中微子混合參數(shù)，精度將提高一個(gè)量級。實(shí)驗(yàn)還會(huì)研究太陽中微子、超新星中微子、地球中微子、質(zhì)子衰變等?！蓖踬O芳介紹實(shí)驗(yàn)的科學(xué)目標(biāo)說，這些將對粒子物理、地球起源研究、天體物理研究等具有重要意義。
他透露，江門中微子實(shí)驗(yàn)合作組的規(guī)模比大亞灣實(shí)驗(yàn)大三倍，目前即將完成土建，2020年將開始安裝探測器，計(jì)劃2030年進(jìn)行升級。
“江門中微子實(shí)驗(yàn)將取得重大成果”，對于中微子研究，王貽芳非常樂觀，“中國技術(shù)能力已經(jīng)走入國際第一方陣，10年內(nèi)中微子振蕩、20年內(nèi)中微子質(zhì)量、30年內(nèi)無中微子雙β衰變等問題都能得到解決。”
力主建設(shè)中國的“希格斯粒子工廠”
近幾年，王貽芳的名字更多和環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)（CEPC）出現(xiàn)在一起。
環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)計(jì)劃是中國高能物理學(xué)家2012年提出的，旨在高能物理領(lǐng)域探索和理解希格斯粒子性質(zhì)、宇宙早期演化、尋找暗物質(zhì)等未解的關(guān)鍵科學(xué)問題，尋找新的物理規(guī)律。
對撞機(jī)是一種特殊的粒子加速器，它能把電子、質(zhì)子等加速到空前的高能量，使它們進(jìn)行對撞，分析撞擊結(jié)果可以研究物質(zhì)基本組成及結(jié)構(gòu)。目前世界上能量最高的加速器是歐洲核子中心的大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC），其周長達(dá)到了27千米。中國要規(guī)劃建設(shè)的能量更高的環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)周長設(shè)計(jì)為100千米，將產(chǎn)生大量希格斯粒子，成為中國的“希格斯粒子工廠”。
王貽芳認(rèn)為，建設(shè)環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)將是中國引領(lǐng)世界基礎(chǔ)物理研究最好的機(jī)會(huì)。他介紹說，目前粒子物理研究有兩個(gè)最重要的熱點(diǎn)，一是中微子，一是希格斯粒子。兩種粒子都存在未解之謎，給科學(xué)家?guī)砹讼喈?dāng)?shù)睦Щ?，目前在理論和?shí)驗(yàn)上都有證據(jù)，證明有超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理，下一步要努力找到窗口解決令人困惑的新物理?！案鲊荚趯ふ腋鞣N方案，最后要靠實(shí)驗(yàn)成果說話。在中微子和希格斯粒子兩個(gè)方向同時(shí)發(fā)力，是我們應(yīng)該做的。”
環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)的科學(xué)目標(biāo)就是要研究希格斯粒子的性質(zhì)。王貽芳說，在國際競爭方面，歐洲、美國、日本等都有正在進(jìn)行的其他項(xiàng)目，暫時(shí)無暇做“希格斯粒子工廠”，使中國有可能在時(shí)間上取勝。另外，中國有這方面的技術(shù)積累也是一大優(yōu)勢。“綜合各方面來看，這是我們推動(dòng)CEPC最好的時(shí)機(jī)。這個(gè)時(shí)間窗口不會(huì)超過10年，所以應(yīng)該抓住?！?/p>
■ 回應(yīng)質(zhì)疑
“環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)不會(huì)擠占其他學(xué)科經(jīng)費(fèi)”
環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)的建造曾經(jīng)遭遇質(zhì)疑。2016年，著名物理學(xué)家楊振寧公開反對中國建造環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)，其中一個(gè)原因就是需要大量花費(fèi)，是個(gè)無底洞。也有人擔(dān)心，對它投入過多會(huì)擠壓其他學(xué)科經(jīng)費(fèi)。
“對環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)，大家現(xiàn)在可能還看不清楚需求，就像20年前很難想象為什么要做一個(gè)20億的江門中微子實(shí)驗(yàn)？10年前推動(dòng)50億的懷柔高能同步輻射光源時(shí)也很艱難。10年到20年后，大家會(huì)認(rèn)識到，我們需要有環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)這樣的有重大科學(xué)意義、社會(huì)意義、技術(shù)發(fā)展意義的大科學(xué)裝置?！?/p>
王貽芳表示，環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)項(xiàng)目第一階段的預(yù)算為360億元人民幣，推進(jìn)項(xiàng)目納入“十四五”規(guī)劃是目前努力的方向之一。
“環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)建設(shè)要10年時(shí)間，它不會(huì)擠占任何人的經(jīng)費(fèi)，即使由國家投入，也不會(huì)使不同學(xué)科投入有畸形比例，相反會(huì)把基礎(chǔ)科學(xué)對不同學(xué)科投入比例帶到更加正常的范圍。”王貽芳解釋說，“360億聽起來很多，但它是全中國所有粒子物理學(xué)家10年的經(jīng)費(fèi)。從總經(jīng)費(fèi)來說，我們沒有改變不同領(lǐng)域和學(xué)科的比例?！?/p>
他認(rèn)為，目前國家對科研的投入仍需加強(qiáng)，“一方面基礎(chǔ)科學(xué)總投入太少，占研究與實(shí)驗(yàn)發(fā)展經(jīng)費(fèi)的比例應(yīng)該在10%-15%，國際上15%，我國只有5%，短期內(nèi)有一倍的增長空間是合適的。在5%的基礎(chǔ)科學(xué)研究中，目前我國對大科學(xué)投入偏少，特別是對基礎(chǔ)物理和核物理投入偏少、比例偏低。在我國大部分大學(xué)中，粒子物理、核物理、天體物理能占到10%就不錯(cuò)了，國外研究型大學(xué)一般占到30%?！?/p>
■ 人物簡介
王貽芳 高能物理學(xué)家，中國科學(xué)院院士，中國科學(xué)院高能物理研究所所長。長期從事高能物理實(shí)驗(yàn)研究，領(lǐng)導(dǎo)完成了北京正負(fù)電子對撞機(jī)上的北京譜儀III（BESIII）設(shè)計(jì)、研制、運(yùn)行和前期物理研究，技術(shù)上達(dá)到國際先進(jìn)水平并發(fā)現(xiàn)了一系列新粒子和新現(xiàn)象，在輕強(qiáng)子譜和粲物理研究方面處于國際領(lǐng)先地位。提出大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)方案并率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)完成了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、研制、運(yùn)行和物理研究，發(fā)現(xiàn)了一種新的中微子振蕩模式。
【聲音】
科學(xué)研究都是由好奇心驅(qū)動(dòng)，否則遇到困難時(shí)容易繞著走。只有對科學(xué)有真正追求和熱愛，才能面對和克服困難。
建造環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)需要電子、超導(dǎo)、磁鐵、芯片等二三十種門類的技術(shù)，這些技術(shù)已經(jīng)有過去30年的積累，但仍需大步跨越。在此過程中，要平衡風(fēng)險(xiǎn)和創(chuàng)新的關(guān)系?？缭酱罅俗霾怀?，相反創(chuàng)新不夠大，錢也白花了?！ 踬O芳
新京報(bào)記者 張璐
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