十年一劍，大亞灣中微子實驗令世界矚目

科技創新70年·歷程

科技日報記者 高博

開欄的話

國之大事，首重科技。70年來，中國科技呈現出趕超世界強國的氣魄。一次次科學突破，一件件工程問鼎，令人喜悅，令人感動。深埋山底的中微子探測器、九天之上的量子通信機……每一次閃爍，每一聲嘀嗒，都是為新中國前進的步伐計數。70年來，中國科技的高光時刻頻現，在此，本報特開設「科技創新70年·歷程」專欄，讓我們一起回顧中國科技發展征程上的精彩故事。

2012年3月8日，中科院高能物理研究所的報告大廳里，所長王貽芳宣布：中微子的第三種振蕩模式被發現了！大廳里掌聲雷動；1小時內，賀電與歡呼聲從世界各地飛來。大亞灣中微子實驗的成功，被稱為新中國成立以來最重大的實驗物理成就。

贏下這次強手如林的衝刺賽，中國科學家們不禁感慨十年來的酸甜苦辣。

上天眷顧有準備的人

2003年秋天，深圳東邊40公里，來自北京的幾位物理學家登上了海邊的排牙山。

山上樹木蔥蘢，也遮不住嶙嶙的花崗岩。近在咫尺，是大亞灣核電站灰色水泥外殼的4座反應堆。

物理學家難抑興奮：核電站旁邊有這樣一座小山，難道是上天眷顧中國高能物理學界——核電站放出海量的中微子，可供測量；幾百米厚的山體隔絕宇宙射線的干擾。

21世紀初，中微子成為高能物理學的寵兒。難以測量的它，寄託了解決宇宙基礎謎題的希望。隨著國際上看好中微子研究前景，俄、法、美、日、韓等國相繼提出8個測量「中微子第三種振蕩」方案。

此時，中科院高能所的王貽芳、曹俊拿出自己的人才基金，加上高能所特批的100萬元，開始中微子實驗的選址勘測。2003年，他們聽說深圳大亞灣核電站邊有座小山，立刻來勘查。

登上排牙山之前，他們的腦子裡已有了主意：不造大探測器（當時認為只有體積大才能提高精度），而是做成幾個小的、模塊化的探測器。這樣便於實驗中探測器的遠近點交換，而且運進去不需要太大的隧道，便於施工。

事實證明，大亞灣設施雖然完工晚於競爭對手，但由於探測器體積小，洞外安裝完畢，運進去稍加調試就能工作。而且多模塊探測大大降低了實驗誤差。

無私合作成就大科學工程

在科學家的論證和聯絡下，最終科技部、中科院、國家自然科學基金委、廣東省、深圳市和中國廣東核電集團共同出資1.57億元，加上美國能源部出資3400萬美元，大亞灣實驗成為當時中國基礎科學領域最大的項目。

中科院高能所在深圳無土地、無法人資格，不能向市政府申請開工。協調決定，以中廣核集團的名義申請建設，深圳政府予以支持。

科學家備受感動：中微子實驗不會為深圳市和中廣核集團帶來利潤，只帶來無限多的麻煩。而中廣核集團慷慨出資3500萬元。「大亞灣實驗開創了國家、地方政府、企業及國際合作共同支持基礎研究的先例。」中科院高能所原所長陳和生院士說。

「為了核電站的安全生產，我們必須要讓爆破量達到最小。」工程項目經理車紅星說，最小的一次爆破僅使用了200克炸藥。

「為了執行核安全標準，我們的隧道建設延長了約2年。」大亞灣實驗總工程師庄紅林說，這次工程實施了近3000次爆破，開掘了3000米地下隧道和5個地下實驗廳。

中心探測器鋼罐，直徑5米、高5米，壁厚僅1厘米，變形要在1毫米以內。廣東中澤重工公司的洪紫林說，他們進行了80多次焊接試驗，一個20噸的鋼罐「用了一年多時間才完成」。

「成本是正常產品的7倍，單論這個項目我們是虧了錢的。」洪紫林說，「但我們能參與到國家項目中很榮幸。」

中國製造質量無可挑剔

實驗中關鍵的「閃爍液體」，是中科院高能所自己研發配製的。要讓釓與烷基苯混合起來，長期透明，很難。法國的實驗，液閃100天就渾濁，實驗被迫終止。大亞灣的科學家經過幾年摸索，才把液閃配方的穩定流程搞清楚。他們摻入0.1%的一種稀土元素，縮短了中子的俘獲時間同時降低雜訊。

同一實驗廳放置2—4個全同探測器進行對比測量，這個方案曾被美國合作方激烈質疑。最後證明中國人的想法是大膽而正確的。

裝配大廳的水泥地面建設完工後，來自美國的科學家，趴在地上一寸一寸用硬木敲擊，側耳傾聽，保證地面沒有一點點空隙，以確保設備的安裝質量。他們發現「中國人的施工質量無可挑剔」。

實驗開始後，每天數據多達250GB，同時傳輸到北京中科院高能所和世界各合作單位，而中方的分析是最快的；最終結果採用了中方的分析。曹俊說，這歸功於中方預先開發分析軟體，並模擬演練。

別人在過年，大亞灣在衝刺。大亞灣的成功是「搶」出來的，與各國一流科研機構的合作中，中國團隊憑實力贏得了尊重，讓國際高能物理界看到了漂亮的中國數據，聽到了響亮的中國聲音。

爭分奪秒率先撞線

3個實驗大廳先後挖好。為爭取時間，剛挖好的洞廳，就開始安裝設備。新岩洞又熱又潮濕，進去20分鐘渾身濕透。回到宿舍，大家累得「只能躺著洗個涼水澡」。

裝配吊車的一個螺栓壞了，由於是特製的，必須從河南取來。馬上有科學家坐飛機過去，機場交接，即刻返回。

實驗室電纜布線，設備工藝，與國際同行網上開會……為贏得國際競爭，大亞灣沒有節假日，「白加黑」「五加二」，兩班倒工作16個小時是常態。

在研製液閃大規模混制設備時，工作人員連續一個月試產，每天從上午忙到第二天凌晨4時。

2011年，日、美、法等國相繼發布了中微子第三種震蕩的「跡象」。為首先撞線，大亞灣果斷改變8探測器的方案，先使用6個探測器，2011年12月24日起至2012年2月17日搶先測數。成功結果就來自這一階段的數據。

論證4年，施工3年，安裝實驗設施1年，取數55天，分析只用半個月，這就是大亞灣的速度。進度曾經領先世界的韓國同行，在中科院高能所成功後3周發布了類似結果。

中科院高能所宣布成功當天，李政道先生髮來郵件：「這是物理學上具有重要基礎意義的一項重大成就。」

大亞灣人自稱「一群勤勞的螞蟻」：工作在陰暗潮濕的隧道，卻造出一座美麗的科學宮殿。

來源：科技日報 文中圖片來自網路

編輯：陳小柒

審核：朱麗

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