叩问宇宙“我从哪里来”

    今春,大亚湾实验室国际合作组中方发言人、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳宣布:大亚湾反应堆中微子实验首次发现了中微子的第三种振荡模式,这是我国诞生的一项重大物理成果。

    发现前两种振荡模式的日本和美国科学家,都因此而获得了诺贝尔奖。

    近日,记者来到诞生这项成果的大亚湾核电站中微子实验站。站在这里,首先被吸引的,是几公里之外的迷人海景,海水碧蓝、椰林摇曳、清风习习、沁人心脾。而上百位世界各地的优秀物理学家聚到这里,却是为了来自地下300米深处的数据。他们的研究,说起来和百姓的吃喝没多大关系,而是有关哲学家关于宇宙的命题:我是谁,我从哪里来。

    大科学时代的科研

    用“震撼”来概括走进大亚湾核电站中微子实验站的感受毫不为过。它完全颠覆了人们所能想到的关于科学实验室的概念。这里完全是一个巨大的工程建筑。

    大亚湾中微子实验站从2007年开始动工建设。它的主体由地面控制室和地下五个实验室组成。地面距地下实验室的垂直距离,最深可达320米。记者随中科院高能物理研究所研究人员杨长根和庄红林一道乘车,顺着3公里长的斜形隧道进入地下,隧道相当宽敞,宽6.2米, 高7.6米。

    “这是为了运送实验设备而量身打造的。差一厘则不能入内,多一分则增加昂贵造价。”庄红林介绍说。

    来到三号实验室。呈现于眼前的,如同一个巨形舞厅。约20米高的顶棚上安装了探灯,高出地面的巨大长方形池上覆盖着幕布。除此,空荡荡的厅内,再也看不到什么东西了。

    杨长根介绍说,巨形池是一个实验装置。巨形池是水泥及喷涂在水泥上与纯净水兼容的特殊材料制成,池内的中微子探测器注有被称为“液闪”的荧光剂和2400多吨的水。“这‘液闪’是由中科院高能所的科学家为实验专门研制的,这是我们具有自主知识产权的发明。

    ‘液闪’的质量,对实验的成功具有关键性的作用。而我们配制出的‘液闪’可以骄傲地说,是世界上最好的‘液闪’。而这水,可不是普通的水,而是纯而又纯,比纯净水更纯的水,实验要求这水要纯到几乎完全不导电的程度。如果要换算出来,这2400多吨水相当于几百万瓶矿泉水的量呢。”

    就是靠着这样的装置,我国科学家在与布鲁克海文国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、加州理工学院、普林斯顿大学等一流科研机构的合作中,让国际高能物理界看到了漂亮的中国数据,听到了响亮的中国声音。

    “中微子”是什么

    中微子是什么?看不见,摸不着。可它却与消失的反物质世界有关。

    我们所身处的物质世界,所有人都能感知。可科学家相信,宇宙在大爆炸之初,同时产生了物质世界和反物质世界,在宇宙的起源和演化过程中,曾经存在过反物质世界,只是它后来消失了。它消失到哪里去了?要揭示反物质世界的消失之谜,就要从现存的物质世界中找寻蛛丝马迹,而科学家普遍认为,广泛存在于物质世界中的中微子,就包含了反物质世界是如何消失的重大信息。

    经过很多年以来的研究,科学家们已经发现,物质世界中存在着三种中微子,可要测到它,却不是一件容易的事。就连提出中微子猜想的奥地利物理学家泡利都这样说:我做了件糟糕的事,预言了一种无法探测到的粒子。

    大亚湾核电站中微子实验站就是用于探测中微子的装置。

    至于说到这项探测的意义,在科学家眼里,基础研究的重要性要远远大于它的实用性。当人类窥探到了宇宙运行的奥秘后,其对现实生活方方面面带来的影响,将不是我们今天所能想像的。

    大科学时代的科学家们

    我们见惯了文学影视作品中的科学家形象。他们是枯坐陋室的苦行僧,或面壁瞑思苦想,或俯案纸堆推演换算,至多在小作坊般的瓶瓶罐罐中摆弄摆弄而已。

    然而,在大亚湾核电站中微子实验站,你却能见识到现代科学研究的最典型形态。

    在这里,直接参与研究的科学家就达到200多人,他们来自中、美、俄、捷克和中国香港和台湾地区。而国内参与这项研究的100多位科学家,除中科院,还包括清华大学、上海交通大学、山东大学、中国原子能研究院等单位,而研究本身,得到了科技部、中科院、国家自然基金委、中国广东核电集团和广东省、深圳市等各级政府和机构的财力支持,同时,项目还得到美国能源部及其他境外机构的支持,使得这项研究,成为我国基础研究领域最大的国际合作项目。

    在地面控制室里,来自俄罗斯杜布纳研究所的奥里奥正在专注地值班。墙上挂着15元左右的快餐送餐价目表。杜布纳是俄罗斯著名的研究机构,我国好几位著名科学家曾在这家研究机构学习过。他告诉我们,他今天要值班到夜里,他还将在大亚湾工作很长一段时间。

    在这里工作的各国科学家们,把他们自己称作“一群勤劳的蚂蚁”。他们因理想聚到一起,将热情倾注于工作中,他们把自己的工作场所称作“美丽的科学宫殿”。

    一项大科学研究项目,如同一台华丽演出,大幕拉开,科学家是当然的主角,但参演其中的重要角色还包括工程技术专家、企业家、甚至普通建设者,小到实验室电缆布线,大到设备工艺,只有每一环都做到一丝不苟,才能保证科学研究的顺利完成。是他们的共同努力,才成就了这项被著名科学家李政道评价为“物理学上具有重要基础意义的重大成就”。

    在这里,我听到许多故事。

    当装配大厅的水泥地面建设完成后,来自美国的科学家,硬是趴在几十平方米的地面,一寸一寸地用硬木敲击地面,侧耳倾听,以保证地面没有一点点空隙,以确保设备的平稳安装质量。

    为试验提供钢罐的广东中泽重工有限公司总经理洪紫林说,为了达到试验要求,他们仅焊接这一项就进行了80多次试验,一个20吨的钢罐,硬是用了一年多才制造完成。他感叹道:与平常接到的单子相比,制造科学装置的要求太高、太难了。

    这便是现代科学研究。工程技术在现代科学研究中占据了举足轻重的地位,有时直接决定了科学研究的成败。而首席科学家更像这个大科学团队的组织者。要完成巨大的工程科学研究,完全是一项社会组织工作,在参与中微子试验研究的名单中,我就看到了中国广东核电集团、中铁十五局集团有限公司、黄河勘测规划设计有限公司等企业,当代的科学家必须更多地融入到社会中,融入到现实生活中,进行跨学科、跨领域、跨地域的研究,那种单打独斗式的科研方式早已一去不复返了。

    （本报记者 金振蓉）