大亚湾突破，够不够诺贝尔奖

　　【财新网】（记者 于达维）2012年3月8日，大亚湾中微子实验团队发言人，中科院高能物理所王贻芳研究员在北京宣布，大亚湾中微子实验发现了新的中微子振荡，并测量到其震荡几率。

　　这一结果填补了国际物理学界对于三种类型的中微子之间转换方式上较后一块空白，这就为测量中微子CP破坏提供了可能，继而可能解释宇宙“反物质消失”之谜。

　　关于中微子的研究，曾经三次拿下诺贝尔奖。正因为此，在中科院高能物理所的发布会上，有记者问到：大亚湾中微子实验发现是不是值得获诺贝尔奖？

中微子振荡

　　1988年，美国科学家莱德曼、舒瓦茨和斯坦伯格，因为发现第二种中微子——μ中微子而获诺贝尔奖。

　　1995年，美国科学家莱因斯因为1956年在实验中首次观测到中微子，而与τ子的发现者分享了诺贝尔奖殊荣。

　　到了2002年，美国科学家戴维斯和日本科学家小柴昌俊因发现太阳中微子失踪现象以及观测到大气中微子震荡，再度在这一评选中折桂。

　　实际上，从赵忠尧的正负电子对湮灭实验，到王淦昌发现“反西格马负超子”，还有中国科学家第一次人工合成牛胰岛素，都因为种种原因与诺贝尔科学奖一一错过。甚至小柴昌俊关于大气中微子的发现，中国的唐孝威曾经是其较早的合作者，但由于中国国内未能立项而作罢。

　　那么这次呢，还要从什么是中微子振荡说起。

　　中微子振荡，实际上是三种不同中微子之间的转换。一开始，科学家观测到太阳中微子和大气中微子在传输过程中，观测值往往是理论值的三分之一到一半左右。后来，科学家发现是一种中微子转换成了无法探测到的其他中微子，并把这种转换被称为“味振荡”（flavor oscillation）。

　　1998年，日本超级神岗实验（Super Kamiokande）以确凿证据发现中微子存在振荡现象，即一种中微子在飞行中可以变成另一种中微子。这就使几十年来令人困惑不解的太阳中微子失踪之谜和大气中微子反常现象，得到了合理的解释。

　　中科院高能所实验物理中心曹俊研究员说，实际上在超级神岗实验之前，戴维斯的Homestake太阳中微子实验已经连续做了30年，但后者的发现一直没有被承认，直到超级神岗实验实验得到了非常确定的结果，才让两人在2002年获得了诺贝尔奖。

大亚湾得天独厚

　　大亚湾项目之前，决定振荡过程的振荡参数矩阵六个参数中的四个都已经得到。而大亚湾项目就是针对第五个重要参数——θ13混合角。它所代表的是电子中微子和τ中微子之间转换的性质。

　　该项目于2007年10月动土，250名研究人员来自中国、美国、俄罗斯、捷克、香港和台湾等六个国家和地区的34家科研单位。整个实验建设了总长3公里的隧道和3个地下实验大厅，其中两个近厅各放置两个中微子探测器，远厅放置4个探测器，共8个全同的中微子探测器。每个探测器5米高，5米直径，重110吨，均置于10米深的水池中。

　　其中，中国投资1.5亿元人民币，负责基础设施建设和建造一半探测器，美国能源部负责建造另一半探测器。

　　大亚湾核电站提供了探测θ13的绝佳场所。因为探测θ13，需要近距离观测能量比较低的中微子。虽然太阳中微子的能量小，但距离太远；大气中微子能量高，通量不够。而在距离反应堆2公里左右的地方，探测其产生的中微子，是一个比较好的选择。

　　更重要的是，大亚湾核电站背后，是如牙齿一样横列的群山，较高点排牙山海拔超过700米。将探测仪器放进山洞之后，其上面绵延的山体，可以有效地屏蔽来自宇宙中其他射线的干扰。即使在全世界范围内，同时具备这两个条件的试验地点，也极为少见。

　　曹俊曾经对财新记者说，反应堆平均每次裂变，都会放出六个中微子，预计每天近点探测器可以探测到1000个中微子，远点则为每天80个。只要我们知道了近点有多少个中微子，就可以精确地预测远点探测到的中微子个数。

　　如果远点上观测到的中微子少于预测，就意味着发生了“味振荡”，震荡几率就是有多少电子中微子转换成了陶中微子。根据目前的结果，震荡几率为9.2%，即转换几率为9.2%。

　　只有在对θ13完成测量之后，科学家才能真正明白怎样去测量中微子振荡参数矩阵中的第六个，也是较后一个参数——CP相位角。

　　王贻芳研究员曾经告诉财新记者，如果CP相位角是零的话，那就意味着物质与反物质衰变速度一样，即现在物质和反物质应该是一样多，反物质必然隐藏在我们尚未找到的某个地方。如果不是零，那么就表明两者的衰变速度不同；在宇宙诞生近150亿年后的现在，反物质很可能已经衰变掉，变成了中性的中微子和光子，所以我们再也没有可能找到‘反物质世界’。

不是诺贝尔奖量级，但很重要

　　与大亚湾中微子项目进行竞争的，首推法国休茨（Chooz）中微子实验项目。但由于核电站本身功率较小和探测器设计的系统误差较大（每个探测器只使用8.5吨靶物质，而大亚湾为80吨），其精度只能达到大亚湾的三分之一。

　　果然，这次是大亚湾首先得到成果。但曹俊认为，大亚湾的这次发现，如果说能够得诺贝尔奖，不大可能。

　　他说，诺贝尔奖一般是给意想不到的发现的，前两次是发现新的中微子，然后是首次发现中微子震荡。“和前者相比，这个实验分量要轻。设计的时候，就知道不是诺贝尔量级的。”

　　曹俊介绍，这个项目在申请立项的时候，就知道比不上超级神冈的项目，因为已经知道肯定要振荡。

　　“如果能够被美国《科学》杂志评为当年10大科技突破，我不惊讶。除非运气好，发现什么反常现象，大家意想不到的，大部分人都反对的，改变了大部分人的思维方式的结果，就可能获诺贝尔奖了。”曹俊说。

　　参与了实验设计的中科院高能物理所邢志忠研究员也在其博客表示：“应该不值（诺贝尔奖）吧。但是很重要。”

　　实验参与者、美国美国托马斯杰斐逊国家加速器装置的Robert McKeown接受美国《科学》杂志采访时说，这很可能是中国至今较重要的物理学成果。（This is arguably the most important physics result ever to come out of China.）

　　曹俊说，暗物质的探测，将是非常有希望的领域，这些项目他们也都在参与。“不像大亚湾那么靠谱，大亚湾肯定知道有结果。但是对于暗物质，如果没有找到，也不能说不存在。科学上风险会比较大。”

　　目前，这方面国内二滩水电站有两个实验，是清华和上海交大的研究人员在进行。不过，看起来短期不会有太大突破，因为观测仪器还很小，而大幅度提高观测水平，需要比较长的时间。■