(這是 Sheldon 的第 114 篇漫畫,所有圖片大約 3.3 MB。)
最近網上流傳著這樣一種說法:粒子物理學已經發展到頭了,能挖的寶都已經被人挖光了。事實真的是這樣嗎?
今天,我們就來講一箇中國科學家在粒子物理學領域搶先挖到寶的故事。要想把故事講清楚,咱們還得從萬物的組成說起。
世間萬物由什麼組成?原子!
原子由什麼組成?原子核和電子。
原子核由什麼組成?中子和質子。
質子和中子又由什麼組成?夸克!
到了這一步以後,
粒子就不能再往下分了。
所以,
電子和夸克都屬於人類已知的,
組成物質的“最小單元”。
當然,
這樣的“最小單元”還有很多,
如果把它們都畫出來,
足足能排滿一塊黑板。
在這張圖上,
每個小球就代表一種,
組成這個世界的基本粒子。
都聽過吧,
天天唸叨它們,
所以沒啥新鮮的。
不過,
有些個小子不太常見,
比如說,
它們是這群粒子中,
最不愛湊熱鬧的幾個,
幾乎不跟其它粒子發生反應。
並且,
在標準模型裡,
中微子沒有質量。
自 70 年代開始,
標準模型通過了全世界
無數次物理實驗的嚴苛考驗,
它簡直說啥是啥,指哪打哪,
從未失手。
然而,
歷史的經驗告訴人們,
再 NB 的模型,也不是萬能的,
理論總有適用範圍。
就像曾經輝煌的牛頓時空觀,
最終被光速不變的實驗結果打臉一樣,
標準模型終於也有露出破綻的內天。
1998 年,
由日本物理學家小柴昌俊帶隊的
超級神岡探測器,
一不留神發現了一個奇怪的現象,
叫中微子振盪。
這個振盪究竟是個啥操作,
我們暫且不嘮,
但它碰巧證明了一件事:
中微子有質量!
在物理學裡,
不管標準模型的預言應驗了多少回,
但那是好漢當年勇,咱都不提了,
只要說錯一次,
甭管您是誰,麻煩您靠邊讓出 C 位。
於是,
閃耀了 20 年的無敵光環被打破,
標準模型走下了“神壇”。
理論出了毛病,按說是個鬧心事吧,
但科學家可不這麼想,
物理世界有個神奇的現象,
越是 NB 理論出事,
物理學家心裡反而越美。
認知出現盲區,
說明真相有待探索,
骨灰級理論穿幫,
往往能催生一場物理革命。
換句話說,
中微子出軌這事,
說明我們腳下有金礦!
誰先挖著算誰的,
保不齊就換個諾貝爾獎啥的。
有金子誰不惦記?
你以為就你一人財迷?
別人都跟那傻愣著?想的美!
這不,一聽說有金子,
三支專業挖寶隊迅速趕到現場,
他們是:
全都是老油條,
經驗豐富,
裝備精良,
一個個虎視眈眈。
說起來,這件事中國隊真不好弄,
就連帶隊的科學家也直犯嘀咕。
因為關於中微子的探測,
咱壓根就沒幹過,
一沒經驗,二沒裝備,第三還差錢。
差多少?
2003 年的 1.7 個億!
這咋跟人家 PK ?
而且挖寶這事,
往少了說幾年,
往多了說幾十年,
大把大把燒錢還搭工夫,
我們隊實力不擠,
傻呵呵的衝上去不是
給人打了醬油麼……
但是啥話都得兩說,
明知道寶藏就在腳下,
眼睜睜看著別人挖走,
自己跟邊上愣著啥也沒幹,
那也太憋屈了吧。
你要知道,
當年超級神岡探測器還沒建造之前,
小柴是先找過咱們的,
他想跟咱搭夥,
看能不能一塊整?
可那會,
我們就因為怕這怕那沒敢幹,
結果小柴桑沒招只好一人上了,
結果他們接連測出各種中微子現象,
兜裡連揣了倆諾貝爾獎。
這就跟電影裡說的一樣一樣的:
人生的遺憾莫過於此啊!
今這事明擺著是個大好機會,
難道咱又要主動放棄不成?
中國隊隊長一拍大腿,
老外 NB 歸 NB ,
咱認慫可不行!
於是,
2006 年,
中科院批准了 5 千萬元前期資金,
大亞灣核反應堆中微子探測項目終於啟動了。
我們的目標是,
搶在別家挖寶隊之前,
率先測出中微子振盪的第三個參數。
這個實驗的原理是這樣的:
整個過程中,
為了防止宇宙射線的干擾,
試驗要在深山中進行。
原理說起來挺容易,
幹起來那真是:
首先,
閃光液裡又得加東西,
又得倍兒乾淨,
不乾淨就看不清哪裡有閃光。
就這一件事,
中科院高能所的科學家折騰了老長時間,
試過 N 種辦法才最終搞定。
其次,P 管這東西,
當時只有日本能生產,
但問題是太貴!
所以沒招,
我們只好硬著頭皮讓合作者出錢買。
老這麼花錢給別人賺也不是辦法啊!
買完以後又過了幾年,
高能所和國內企業最終搞定了這個難題,
2015 以後的實驗全都用國產P管,
再也不用進口啦!
在挖寶競賽過程中,
本來日本隊實力最強,
但誰知道半路不幸遭遇地震,
把設備給震壞了,
進度落後了一整圈,
這可以說是中國隊的運氣。
在最後衝刺階段,
為了節省時間,
中國隊做出了一個賊大膽的戰術調整:
8個探測器差倆沒裝好,
那倆不要了,6個先整!
2012 年 3 月,
經過 6 年的艱苦奮鬥,
中國隊最終趕在其他隊伍之前,
率先公佈實驗結果。
當時,
所有人都傻眼了,
誰能想到,
一幫老油條讓一新手給虐了!
無疑,
這是一個比肩超級神岡的成就。
中國挖寶隊一戰成名,
昨天還是新手,
今天就已經躋身粒子物理世界一線明星夢之隊。
2016年,
大亞灣中微子探測項目
獲得國家自然科學一等獎。
中微子一振盪,
標準模型瞬間成了過氣網紅。
然而,
目前還沒有其他模型能夠佔領C位,
頂替它的位置。也就是說,
我們腳下(至少在中微子問題上)
必定還埋著人類還沒挖到的知識寶藏。
未來,
我們祝願中國挖寶隊能夠再次大顯身手,
揭開微觀世界基礎物理的全新篇章!
策劃:吳歐 | 繪製:Mirror
本頁刊發內容未經書面許可禁止轉載及使用,
注1:我們說的中國隊是指由中國大陸科學家主導的實驗團隊,其中還有來自中國臺灣、美國、捷克的科學家。
注2:關於上世紀70年代中日之間可能開展的中微子實驗合作,科學家指出,大家不用太往心裡去。因為就算那個時候利用中國大山多的優勢,把實驗地點放在中國國內,其中的主要科學實驗也不一定能夠由當時的中國科學家完全主導。我們當時的底子確實太薄弱了。
注3:2006年測算出的大亞灣反應堆中微子實驗的總經費大約是2.4億元人民幣。
文章推薦
閱讀更多 Sheldon 的文章