宇宙中的物质从何而来
物质构成最基本的要素是什么
光子、中子、质子
中微子、希格斯粒子……
人类不断探索
微观世界中的“无穷小”
通过这种方式
去发掘“无穷大”的宇宙图景
过去三十多年来,实验高能物理学家、中国科学院院士王贻芳始终在与“无穷小”的粒子过招。他曾与团队发现了有关中微子新的振荡模式,为人类了解宇宙的形成提供了重要的视角。而今他又带领中科院高能物理所与空间站合作探索宇宙射线,同时推动环形正负电子对撞机实验,力图在中国建设一个全世界都向往的研究高地。
在一代代中国实验高能物理学家的共同努力下,中国与国外在高能物理研究上的差距正在缩小。王贻芳希望,未来中国高能物理能够给出有关基础物理更多的答案。
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实验物理研究为何令人着迷?
随着物理学家对粒子物理研究的不断深入,关于“物质由什么组成”的谜底一次次刷新着人们的认知。
中微子是宇宙中最丰富的粒子之一,无处不在,能够以接近光速的速度穿越各种物体。年,在大亚湾反应堆中微子实验中,王贻芳与团队发现了有关中微子新的振荡模式。这一研究过程用了十年,被列为当年全球十大科学突破,将帮助人们破解宇宙中“反物质消失之谜”。
大亚湾反应堆中微子实验是中美合作项目,美方团队负责人的资历比王贻芳更深。在开展实验的过程中,美国能源部曾一度提出要换掉王贻芳。
“类似这样的问题经常会遇到。”王贻芳称,高能物理实验组建团队是一个复杂的过程。“他们觉得你这个虽然看起来很好,但根据他的经验,他觉得做不到。我说我肯定做得到。事实上最后我们也做到了。所以说,科学不讲究资历,也不讲究经验,是凭真本事。”
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其实,实验物理学家与大众认知中纯粹的科学家不太一样。
“除了需要有科学思想,要努力实现科学目标之外,还要能带领团体,兼具管理者、工程师的角色。在实验过程中,会遇到各种各样意想不到的困难,有科学上或技术上的,也有人事上或商业上的。”王贻芳说,这也是他觉得实验物理研究让人着迷的地方。
中、欧在高能物理研究上的
主要差距在哪?
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年,欧洲核子研究中心宣布人类找到了希格斯粒子。希格斯粒子可以赋予其他基本粒子质量,是粒子物理学标准模型的基石。而欧洲核子研究中心正是王贻芳初出茅庐时工作的地方。
年,王贻芳被丁肇中选中赴欧洲核子研究中心研究高能粒子。当时中国与欧洲在高能物理、粒子物理研究方面有天壤之别。王贻芳说,现在中国与欧洲仍有差距,但已没有那么大。“如果我们再奋斗一二十年,应该说这个差距完全可以弥补。”这其中最关键的就是能否做出设备。
“粒子的发现是基于大型的加速器和探测器,我们需要在设备的基础上做高能物理实验,核心的核心,不在最后的数据分析、发表的文章,而在于能否做出设备。”尽管目前这些设备并不是中国设计的,但王贻芳说,我国已经摸到了前沿领域的大门,下一步就是成为主角。
“过去我们参与人家的发现、利用人家的设备,未来也希望能够作为主人自己设计实验方案、实验设备,以我们为主把实验设备做出来,然后在这个基础上取得重大的发现,这才叫做真正的走在国际的前面。”
为什么要建环形正负电子对撞机?
从上世纪八十年代中国建造自己的正负电子对撞机开始,在探索“无穷”物质世界的道路上,中国便不再缺席。年,江门中微子实验站将开始运行,未来将会与美国DUNE、日本HyperK构成世界三大中微子实验。年,位于北京北部的高能同步辐射光源将会投入使用。中国高能物理研究所也正在计划未来建立环形正负电子对撞机。
环形正负电子对撞机项目投入巨大,一期可能就需要几百亿,对大多数外行人而言,