2012年3月,在北京的中國科學院高能物理研究所,王貽芳與緊張展開著戰鬥。總數接近300人的研究團隊經過55天不眠不休的不斷摸索之後收集到了實驗 數據。不可能出現錯誤。在帶著祈禱進行分析時,計算公式顯示出可靠的趨勢——以99.9999%以上的精度確定了「第3種中微子振動」。
王貽芳(站立著)在北京的研究室 |
中微子在目前所知的基本粒子中重量最輕。從宇宙和太陽大量飛至地球,同時反應爐也産生中微子。但是,實際觀測極為困難。這是因為中微子非常小,能穿過幾乎 所有物質。將物質分解為分子乃至原子,然後取出位於其中心的原子核,以地球來比喻,中微子只有米粒大小。在粒子中,未解之謎最多,甚至擁有「幽靈粒子」的 綽號。正因為如此,才更有挑戰的價值。
王貽芳研究的是被稱為「中微子振動」的難以理解的現象。
中微子分為電子中微子、μ中微子和τ中微子等3種,具有在飛越空間時不斷轉變為其它種類的性質。這就是中微子振動,模式有3個。其中2個模式自1990年 代末至2000年代初期,借助以日本為中心的若干國際共同實驗得以確定。而王貽芳發現的是,由電子型向其它類型轉變的最後模式。
中微子備受關注是因為被認為將成為解開宇宙誕生、進化和物質起源之謎的鑰匙。
例如「反物質」之謎。有觀點認為,在大爆炸帶來宇宙誕生之際,産生了構成星星和生物體等的物質、以及帶有與之相反的電氣的反物質,兩者數量相同。但是,現在的宇宙不知為什麼只有物質存在。如果弄清不斷改變自身狀態的中微子的性質,或許就能接近反物質消失的謎團。
「第3種振動」變化非常小,甚至被視為「或許並不存在」。那麼,為何中國在這個領域領先呢?王貽芳斷言稱:「因為合作者很多,而且實驗設備精良」。
王貽芳人生的轉機出現在1985年,當時與一位獲得諾貝爾獎的物理學家相遇。他就是華裔美國人丁肇中。隨後被邀請到海外留學,在11年裏師從丁肇中。「無 論是設備還是資金,都是越大越好。國際計劃是推進研究的捷徑」。丁肇中不斷取得新的研究成果,同時切身感受到國際合作的重要性。
2003年,在世界最大規模大亞灣核電站附近,有助於發現「第3種振動」的中微子觀測設施開工建設。建設曾遇到難題。需要挖掘與核電站相鄰的山體地下, 安裝6台每台達100噸的巨大中微子探測器。前後大約耗費10年時間,投入的資金達到2.5億元。而處在從全世界吸引來的合作者中心的是王貽芳。
探求沒有止境。王貽芳在廣東省江門將啟動新的研究項目。此次將投入總計20億元,在地下700米處安裝直徑35米、高13層的世界最大規模中微子探測器。當然這仍是國際計劃。「日本?當然希望參加。可以合作的地方非常多」。平時冷靜的王貽芳罕見地抬高了聲音。
本文作者為日本經濟新聞(中文版:日經中文網) 北京 阿部哲也