什麼？！科學家正在地下捉“鬼”？

但這個“鬼”，不是你想的那個鬼，而是被稱為“幽靈粒子”的中微子。它，幾乎無處不在，每秒有3億億個太陽中微子穿過每個人的身體，我們卻絲毫感覺不到。

要在浩瀚宇宙中捕捉到這個“幽靈”，如同大海撈針。廣東江門的一處靜謐山體深處，地下700米，中國科學家歷時10餘年建了一個大“玻璃球”，正在抓中微子。

費這麼大力氣捕捉中微子，究竟是要幹什麼？今天，《大國總師》對話江門中微子實驗（JUNO）首席科學家王貽芳，聽他講講中微子。

（一）“幽靈粒子”是個啥？

首先要説的是，它太神秘了！

中微子是宇宙基本的粒子之一，也是最古老的物質粒子。現在，宇宙中每個角落都瀰漫着巨量中微子，大部分為宇宙大爆炸的殘留，每立方厘米大概有300個。

它們以接近光速運動，幾乎不與任何物質相互作用，穿透能力特別強，極難被探測，因此有“幽靈粒子”之稱。打個比方，地球的直徑約是12700多公里，穿過地球這麼厚的物質，100億個中微子可能只會被截住一個。

中微子就像宇宙留給人類的一道謎題，直到1956年，人類才首次通過核反應堆捕捉到中微子的蹤跡。從那時起，中微子便成為物理學研究的重要課題，但至今仍有許多未解之謎。

這，引發了全球科學家的無限好奇。

“在構成物質世界的12種基本粒子中，中微子佔了其中的3種。如果中微子有一點點質量，對於研究整個宇宙的起源、演化和發展，乃至宇宙星系的性質會有很大影響。”王貽芳説。

科學家們認為，廣泛存在於物質世界中的中微子，攜帶着非常多重要的神秘信息，其中就包括反物質世界的信息。

真的存在反物質世界嗎？如果真的存在，它在哪？

或許，能從中微子裏找到答案。

從提出中微子假説，到首次發現中微子，再到證明中微子具有極其微小的質量，全世界科學家用了將近70年。中微子質量排序是目前全球爭相研究的前沿熱點難題，在此之前，有關中微子的重大發現，多次獲得諾貝爾物理學獎。

“我們的職責就是發現前人沒有發現的規律，産生新知識。”懷揣着對未知的好奇，從20世紀80年代開始，王貽芳奮戰在基礎科學研究一線。在中國做中微子振蕩實驗，成為他一大心願。

2003年，王貽芳帶領團隊論證設計了我國第一代中微子實驗裝置——大亞灣中微子實驗，並於2012年發現新的中微子振蕩模式。《科學》雜誌將這個發現列為當年“全球十大科學進展”。

如今，江門中微子實驗接過了接力棒，開始測量中微子的質量順序，有望揭開“幽靈粒子”的另一個神秘面紗。

（二）為何要去地下700米？

相信很多人會好奇，捕捉中微子的大科學裝置長什麼樣？

如果俯瞰，中微子的中心探測器好似一個超級大的西瓜，浸泡在44米深的水池當中，正睜大“眼睛”尋找中微子的蹤跡。水池頂部，則是面積約1000平方米的宇宙射線徑跡探測器。

至於為何要建在地下？答案是過濾“噪音”。

王貽芳告訴記者，地面上有很強的宇宙射線，會干擾對中微子的探測。700米山體和岩層就相當於過濾器，可將宇宙射線的強度大幅降低，讓研究者得到純凈的中微子信號。

江門中微子實驗是世界上首個運行的超大規模、超高精度中微子專用大科學裝置。當然，這個“大”，也意味着前所未有的技術挑戰。

“之前國際上類似的實驗只有我們的1/20，甚至1/50，不可能沿用過去小裝置的方法，必須發明全新的技術。”王貽芳説。

在王貽芳身上，綜合着堅毅果斷與嚴謹理性，面對一個接一個的難關，總是堅持而不妥協地克服。

他常説，“我們做科學研究的人，一輩子做的事都是第一次，不可能有別人替你做出來，只能靠自己。”

憑藉一股拼勁，王貽芳帶領團隊研製出新型光電倍增管及其水下防爆系統；研發出高潔凈度、高密封、高效率的液閃純化系統；完成直徑41.1米的不銹鋼網架等關鍵部件的設計、研製及安裝；製造出直徑達35.4米的有機玻璃球……創下多個“世界之最”。

江門中微子實驗裝置，從今年8月26日開始運行，取數。王貽芳來實驗室的頻次，也由建設時期的每月一次，變為不定時來一次。可這裡，依舊是他放不下的牽掛。 

“這個裝置設計壽命是30年，除非關門，或者被拆掉，否則我一直都會為它操心，直到我閉眼那天。”王貽芳説。

（三）捕捉看不見的粒子，究竟為了什麼？

建成世界最大的中微子探測器，僅僅是開始，真正的挑戰在於，如何從海量的干擾信號中，捕捉到那些看不見的粒子。

“裝置主要捕捉來自&山和陽江核電站産生的中微子，每天能探測到50個左右的中微子。”王貽芳語氣平緩，然而，這個數字背後卻是每秒1000個事例、每天數千萬數據中的精準篩選。

中微子，從1930年起就吸引着全球科學家的目光，一代代研究者前赴後繼。現在，江門中微子實驗的數據開始大量産生並在合作組內共享，一場揭開中微子奧秘的國際競賽，已經悄然開啟。

“誰能贏，取決於誰先做出來探測器。當然，科學上很大程度上也有運氣在裏面。”王貽芳説。

預計未來三五年，他們的研究會有比較好的成果，“如果運氣好的話，能碰上一次超新星爆發。雖然銀河系每百年才有一次超新星爆發，人類已有300多年未見，未來30年再看到一次的可能性，應該説還不小。”

從醞釀籌建到運行取數，王貽芳陪伴這個項目走了17年。當被問及是否有過動搖，甚至被質疑時，他説，“中國有領先的科學裝置最重要，我們不能缺席基礎科學研究的最前沿。”

與年輕時，在歐洲核子研究中心參與既定課題不同，王貽芳在中國實現了自主設計實驗的夢想。“只有做獨一無二的裝置，才能體現不可替代的貢獻。”在他看來，中國佔世界五分之一的人口和經濟總量，理應對科學作出相應比例的貢獻。

這麼多年了，經常有人問王貽芳，你們做中微子研究，有什麼用？向大家解釋這份“重要”之外，王貽芳的思考則更為深遠。

“中國有四大發明，知道怎麼製作火藥，但根本不知道背後的化學規律，沒有發展出相應的科學體系。”他認為，從歷史來看，因為不重視基礎科學，中國吃過太多虧。

站在微觀與宏觀世界的交匯處，王貽芳這樣定義科學工作的意義：無論是經濟，還是技術，最終都依賴科學，科學一定要先行一步。他希望通過幾代人的努力，趕上我們過去落後的階段，在人類文明發展史上留下中國人的貢獻。

策劃:儲學軍 車玉明 劉洪

統籌:李曉雲 黃玫

記者:李由 馬曉澄

編導:劉袁媛 於子茹

導演:劉廈

攝像:陳雪瑩 伍嘉煒 俞歡

素材提供:中國科學院高能物理研究所

設計:史澤瀚