11月17日，2019未來科學大獎獲獎者陸錦標報告會成功舉辦。未來科學大獎科學委員會委員、加州大學伯克利分校化學系、材料科學與工程系雙聘教授、S.K./Angela Chan 特聘講席教授、美國藝術與科學院院士、美國科學院院士楊培東擔任本場報告會的主持。現場陸錦標教授更與青少年們面對面對話，用專業的科學知識和專注的科學精神為他們照亮未來的科學前進之路。
陸錦標教授說到，中微子是宇宙中渺小、害羞、會變面而又無處不在的基本粒子，也被成為“幽靈粒子”。它對於研究物質與反物質的宇稱不守恆有著重要意思。目前人類已經發現的中微子包括電子中微子、渺中微子和清中微子三種。在對太陽中微子的觀測中，人們發現6%的中微子不見了，從而引發了科學家們對中微子的震盪規律的研究。通過大亞灣反應堆中的八個反中微子探測器，人類發現了第三種中微子的震盪方式，並發現其與核電運作的密切關聯。
演講場次：2019.11.17+獲獎者報告+青少年對話
演講嘉賓：陸錦標（Kam-Biu Luk），美國加州大學伯克利分校物理系教授，美國科學院院士，2019未來科學大獎-物質科學獎獲得者
演講主題：《中微子：渺小的巨人》
楊培東：大家好，我是未來科學大獎科學委員會委員楊培東，非常榮幸在這主持2019年未來科學大獎物質科學獎獲獎者陸錦標和王貽芳教授的報告會。首先是陸錦標教授，陸教授生於香港，1976年在香港大學物理系畢業，曾經是西雅圖大學的研究員。現任加州大學伯克利分校物理學教授。陸教授科研超重子,中微子和CP破壞現象，他獲得的榮譽包括清華大學長江學者教授、2014年美國物理學會高能物理的Panofksy大獎、2016年突破基金會的基礎物理突破獎、香港科技大學榮譽科學博士、美國物理學會會士及美國文藝和科學學院院士等。讓我們以熱烈的掌聲歡迎物質科學獲得者陸錦標老師演講。
陸錦標：大家早，今天很高興有機會跟你們討論我研究的結果。我要跟你們探討的是中微子，在我的演講裡你可以理解為何它是很小的巨人。第一個問題是什麼是中微子？我們的理解，中微子是很小的粒子，它是一個不喜歡跟別人交流的東西。第二個問題，什麼是基本的粒子？在化學裡，我們知道化學元素是由原子組成的，在原子裡要有電子，還要有原子核，核有中子和質子，高能物理發現中子和質子是由夸克組成。在高能物理裡這些夸克和電子都叫基本粒子。
如果有一天我們的宇宙沒有中微子的時候世界會變成怎麼樣？我們從研究的過程中知道，如果沒有中微子的話，太陽將不會發光，也不會發熱，我們每一天的生活都在黑暗的世界裡了。所以你可以看到中微子基本跟我們每一天的生活都有很密切的關係。
另外一個問題，為什麼我們要研究中微子呢？這是因為我們發現中微子基本在宇宙每一個角落都存在！剛才說太陽的中心每一天都有很多的中微子跑出來，在地球用核電的時候，反中微子會跑出來；每一根香蕉每天都有約一百萬反中微子走出來。所以中微子跟我們的生活是息息相關的。
我們知道了宇宙裡一共有三類的中微子，第一個是電子中微子；第二個是μ中微子；第三類是τ中微子。另外我們發現，從50年代到近期，我們都相信中微子是沒有質量的，這是一個很重要的粒子物理的基礎。我們說中微子是很害羞的粒子，假如把宇宙灌滿水，有一個反中微子從香蕉裡跑出來，它要跑幾百光年才可能跟水的分子發生作用，所以它是真的很害羞，不喜歡跟別的東西有作用。所以要研究中微子物理的時候，我們要產生很大量的中微子，還有一個很大的探測器，才可以看到一些中微子的作用。
大概60年代到90年代的時候，Davis教授的團隊在美國Homestake礦洞研究太陽中微子，很驚奇的結果是他們發現太陽中微子的數量跟我們的計算差了很多，基本上他們見到的只有預測的1/3。其他的2/3的太陽中微子去哪了？另外一個很奇怪的實驗結果，是在90年代時，在日本超級神岡探測器得到，他們用五萬噸的純水來研究從大氣裡跑出來的中微子，他們發現大氣中微子從南極產生出來，經過地球，然後到探測器的時候，大約一半的中微子不見了。所以從這些實驗可以看到一些中微子的問題。我們怎麼樣去理解太陽中微子和大氣中微子不見了的問題呢？一個可能是中微子振盪。
開始的時候一類的中微子像白色的幽靈產生出來，我們讓這些中微子往前跑，過了一段距離的時候，其中一個變成了另外一類，經過這個演變，我們可以理解為何有一些中微子在跑的時候就不見了。但怎樣證明中微子振盪是正確的?在加拿大的SNO實驗，他們用一千噸的重水做實驗，通過不同的中微子作用,他們觀察到電子中微子和其他兩類的中微子,我們就知道中微子是可以改變他們的本性的，並且也有中微子振盪。通過中微子振盪，我們知道中微子是有重量的，所以就是說我們以前的概念說中微子沒有質量是不對的！所以我們有新的物理在等待我們去發展。
因為中微子是有質量的，基本上宇宙裡的中微子的總質量和跟發光的星體是差不多的，所以中微子的存在對宇宙的發展是有很大的關係的。所以對我們的生活也有不同的影響。
我們看一下中微子振盪，除了太陽中微子和大氣中微子振盪以外，還有沒有第三類？我們在大亞灣核電站發展一個新的實驗，大亞灣核電站是一個離深圳市中心大概45公里的地方，現場一共有三個核電廠，第一個是大亞灣核電站,其他是嶺澳和二期核電站；核電站跟旁邊的山很近，所以用來發展大亞灣的實驗是很重要的。因為做這個實驗的時候有一個很大的背景，就是宇宙射線會通過我們的探測器產生一些作用，所以我們要想辦法把它屏蔽掉。
這個圖中藍色的是反應堆，一共有6個；紅色的是反中微子的探測器。我們可以看到，有兩個地下大廳的探測器是用來計算從反應堆跑出來的中微子的數量以及他們的能譜 。從近點的結果，我們可以計算遠點的探測器他們能見到有多少箇中微子振盪的事例。為了做這個實驗，我們用了八個探測器，這個圖的左面是探測器切面，我們把探測器放在大水池裡頭，我們的探測器就能很準確的看到反中微子的作用。
這個實驗是在2007年動土的，土木工程發展的時候，我們就在大亞灣核電站旁邊蓋了地面的大廳，用來裝反中微子的探測器。我們把探測器一步步的做，全部的配件都是從世界不同的單位運到大亞灣的大廳，用來裝配反中微子探測器，裝配的過程很花時間，需要專業的同行幫忙把這個做起來。當我們把探測器做完以後，我們就可以把它運到地下的實驗室，從這個圖我們可以看到，我們怎麼樣把這些探測器放在水池裡頭，然後關起來。從這個圖可以看到，藍色的是觀察到的反中微子，從核電產生出來的反中微子，用電腦程式我們就可以計算有多少反中微子的作用。從這個圖中可以看到有一個反應堆，關掉它，我們可以見到觀察到的反中微子的數量降低，然後它再啟動的時候，我們的數據就升起來。我們很幸運，收集了55天的數據後時候，我們發現探測器見到6%的反中微子不見了，這就是第三類中微子振盪，是我們大亞灣實驗的突破。
我們沒有因這個發現停下來，我們把結果發表了以後，把接下來兩個探測器放在大廳和做很多能量的刻度測量， 我們現在做到全世界最精準的第三類中微子振盪的結果了。因為大亞灣發現第三類中微子振盪，從而我們就可以發展第三代中微子振盪的實驗，等一會王貽芳教授會告訴大家一個中微子振盪的新實驗的有關研究。
我講另外一個實驗，中微子的振盪和反中微子振盪相比的時候，他們是不是一樣？我們做這個實驗的方法是很簡單的，我們從加速器產生很強的μ中微子的流速，把它送到1300公里裝在Homestake礦洞的一個探測器，我們看有多少μ中微子變成電子中微子，通過實驗的方法，我們就可以比較中微子振盪和反中微子振盪，看他們是不是吻合。假如說我們的結果發現他們不一樣，粒子物理中我們稱這樣唯像為物質和反物質宇宙不守恆，這是什麼意思呢？物質和反物質是不一樣的。因為我們在宇宙裡全部的身體都是從物質組成的，是沒有反物質的。只有不守恆的成立，才能理解這一點。這一點是很重要的，因為假如我們物質和反物質是一樣的話，就會有一個我和反我。當我們兩個東西走在一起的時候，我們就湮滅了而沒有可能生存！我們的生存基本上是要求物質和反物質有不同的反應的。
總結，對於研究中微子我們有四點理解：第一，中微子是很害羞的基本粒子；它也很輕；而且會變面。然後最重要的一點，是中微子每天都跟我們在一起。只不過它很小。好的，謝謝！
青少年對話
楊培東：感謝陸教授的精彩報告。物質是由那些基礎粒子構成的，這是物質科學需要回答的最基礎的問題，也是對我們大家非常重要的問題。陸教授的觀點是如果沒有這些基礎粒子，就沒有我們宇宙，就沒有我們這些生命，就沒有我們今天在這裡說的物理、化學、材料等一系列的東西。這對我們大家是非常重要的一個基礎的問題。我們開始青少年的對話環節，有請第一個同學志提問題。
提問A：您好，非常感謝您剛才的演講，我來自陳經綸國際學校，我想用英文來問這個問題；在過去這兩個世紀，我們已經實現了快速的物理的發展。我們也有一些數據公式、化學元素和物理的公式也都被發現了，我們發現現在如果要有新發現可能會更難，您覺得科學發展的未來有什麼前景和潛力？我們的這些應用怎麼樣在未來讓更多的人受益呢？謝謝。
陸錦標：這個問題很好，我還是偏向用中文回答，因為主辦方讓我最好用中文。當我在大學的時候，我要決定我應該是做哪個領域的研究？我跟我的老師討論，他跟我說你最好不要做原子物理，也不要做天文物理，也不要做粒子物理，我問他為什麼？他說全部的問題已經解決了！你要做這三個領域基本上沒有東西可以做！但是現在再回頭看，可以看到過去40年在原子物理、天體物理，基本上有很多的發現，簡單來說，你看到諾貝爾獎過去40年有多少個是在這個領域的？你就可以找到答案了。我給你的答案是，你不用擔心它有沒有問題，因為我們沒有發現的東西，就像牛頓說的像大海一樣，問題是我們的想象力有多好，我們的運氣有多好。
提問B：早上好教授，非常感謝你的介紹。我用英文來提問；是否會有第四種類型中微子振盪的存在？為什麼？
陸錦標：這是一個很好的問題。假如說宇宙有三種中微子的話，基本上我們可以有三種不同的中微子振盪。但是問題是，是不是真的只有這三類？因為當我們發現中微子振盪以後，中微子有一個很重要的元素，假如我們看電子的話，我們發現它是有左旋和右旋的兩個肽，按照這理由，中微子應該也有兩個肽。我們還沒有見到右旋的中微子，在我們的領域這稱為惰性中微子。現在要回答你的問題，理論上來說，我們應該還有新的振盪，我們不知道怎麼做這一類的實驗，我們不知道應該在哪個方向來發展這一類的實驗。
提問C：早上好陸教授，我用英文來提問。我非常榮幸，能夠在這裡向您提問，我叫張天翼，大家知道CP在實驗當中可以產生，剛才你講到的第三類中微子振盪，還有另外一種可能，它們會形成CP2，我想問的問題是：是否有類似的兩種不同結構之間相同的屬性？
陸錦標：你問的問題基本上我們是沒有答案的，你剛才說的是對的，從實驗我們知道K介子和B介子是有CP的破壞，但是K和B是跟夸克有關的，它們的CP破壞跟中微子CP的破壞是獨立的。在座有一些同志將來可以找找方案，可以把這兩類不同的CP破壞連在一起，但是怎麼樣做？現在我們還不知道！
提問D：老師好，我是來自陳經綸學校的學生，我的問題是：質量是如何和希格斯粒子聯繫起來的？以及希格斯粒子有什麼意義？
陸錦標：在粒子物理裡有一個標準模型，我們知道夸克和電子，當他們在空間經過的時候，他們和希格斯場有作用。他們的作用的大小就構成了它們有多重。一個方法去理解這問題是看電子在物質經過的情況， 當電子經過物質的時候，它跟附近的環境有作用，會有一個有效質量。
提問E：您好，我是來自陳經綸中學的張博雅。我的問題是：中微子的研究對於基礎科學有什麼意義或者作用？
陸錦標：中微子是很奇妙的粒子，研究它之後，我們發現它有一個窗口可以給我們發展新的物理 。
提問F：教授您好，非常榮幸能夠在這裡跟您對話，我想問這樣的一個問題，當我們學物理的時候，我們會做很多的物理實驗，但是我們在做物理實驗的時候，我們總是會發現一些錯誤或者是誤差，這些錯誤和誤差會讓我們覺得非常的疑惑，覺得好像無法將實驗的結果和我們在課程當中學到的內容聯繫起來，我想能不能將這種錯誤或者誤差在實驗中剔除？有沒有辦法繞過這些問題？
陸錦標：這是實驗科學家永遠要解決的問題。一般來說我們前期實驗的時候，要把誤差的問題給決定了。等一會王貽芳老師也會提到這一點。你可以稍等一下來聽聽他的意見。謝謝。
楊培東：再次感謝各位同學的提問。這些提問都非常有深度。我們陸錦標教授的中文演講也非常的標準。時間關係對話環節到此結束。
注：本文根據演講內容整理而成，以視頻內容為準。
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