“14世界捕手”趙潔:和“幽靈粒子”捉迷藏,必須得第一個抓到它

中微子是個神出鬼沒的傢伙。它是物質世界最基本的粒子之一,卻看不見也摸不著。即使每秒鐘有萬億個中微子穿過人的身體,也不易被發現。但是,趙潔“捉住”了它。

“14世界捕手”趙潔:和“幽靈粒子”捉迷藏,必須得第一個抓到它

趙潔是中國科學院高能物理研究所副研究員,也是中微子和低本底探測技術研究者。2012年3月8日,大亞灣中微子實驗捕獲到第三種中微子振盪模式,震驚世界。趙潔是這項實驗的參與者。

5月22日,趙潔帶著中微子的故事來到在深圳舉辦的“科普中國-我是科學家”演講活動。她在接受深圳特區報讀特客戶端記者專訪時表示,中微子的研究現在仍處於基礎階段,但它擁有的很多獨特性質,將在未來對通訊技術發展、天文地理探究等有重要貢獻。

粒子”無處不在,卻難以捕捉

因為神出鬼沒的個性,中微子又被稱為“幽靈粒子”。趙潔說,中微子有極強的穿透性,整個地球對它來說都是透明的,所以科學家們又稱呼它為穿梭在宇宙當中的“幽靈”。在構成物質世界的12種基本粒子中,有3種是中微子,所以捉住“幽靈粒子”,就相當於捉住了1/4個世界。

但是,“幽靈粒子”可不是那麼容易捕捉的。趙潔介紹,宇宙大爆炸會產生大量中微子,星體的演化過程也會有中微子,甚至地球和人的身體都是中微子源,“中微子無處不在”。不過,中微子是個頭最小的基本粒子,看不見也摸不著。即使每秒鐘有萬億個中微子穿過人的身體,也不發生反應,更不易被發現。

“探測‘幽靈粒子’,需要有非常好的技術研發和資料分析手段。”趙潔說,這得在國家政府、科研團隊等支援下,才能順利搭建起捕捉中微子的實驗。

2012年3月8日,高深莫測的“幽靈粒子”終於被中國科學家逮個正著。當天,大亞灣中微子實驗國際合作組在北京宣佈,大亞灣實驗發現了第三種中微子振盪模式,並精確測量到其振盪機率。這項成果被《科學》雜誌評選為“2012年度十大科學突破”之一,並被美國同行譽為“中國有史以來最重要的物理學成果”。

冒險選擇一支“潛力股”

趙潔是大亞灣實驗的見證者,也是參與者。“我很幸運地趕上了大亞灣建設的最後一段時間。”憶起當年,趙潔笑容滿面。

參與大亞灣實驗的時候,趙潔還是一名學生。

2010年,大學畢業的趙潔保送進中國科學院高能物理研究所攻讀碩士和博士學位。當時,導師給了趙潔兩個研究方向選擇:北京譜儀和中微子。

“那時候國內關於中微子的研究還沒發展起來,不像現在這麼火熱。”趙潔說,大亞灣實驗可以算是國內中微子研究的第一步,但那時候還沒有成果。它就像一支“潛力股”,不知道將來是好是壞,“萬一實驗失敗了可能什麼都不是;實驗成功了,那就成功了。”

趙潔對中微子這個新興領域充滿了好奇,加上大亞灣實驗剛起步正是需要人手的時候,趙潔便跟隨導師,一頭扎進中微子的研究當中。

剛開始接觸中微子,趙潔沒有多少經驗,所以被安排到現場參與安裝、除錯等基礎工作,“導師說了,如果要把這個實驗做好,你首先得了解它,連探測器都沒看過、沒摸過,很難想象只靠腦子怎麼去分析物理成果。”

中國科學院高能物理研究所官網顯示,關於中微子測量實驗,國際上在2003年左右先後有7個國家提出了8個實驗方案,最終進入建設階段的共有3個,包括中國的大亞灣實驗。從2003年提出設想,到2011年完成探測器的建造與安裝,再到2012年出成果,在趙潔看來這一切進展快速,“我們運氣也比較好,天時、地利、人和在一起了。”

趙潔在中微子研究的道路上越走越遠。2015年,博士畢業的趙潔帶著在大亞灣實驗室積累下的經驗,轉戰到江門中微子實驗室,負責實驗中低本底的控制,一直到現在。

“做了10多年,越做越喜歡了。”趙潔說起中微子,就像談到老朋友一樣親切,“因為越來越瞭解它,所以也就更加喜歡它。”

中微子研究要搶佔世界第一

大亞灣實驗之後,還有更多關於中微子的研究在持續。趙潔坦言,現在國內對中微子的研究還著重於基礎科學研究,從近期看似乎不能直接用於人們的生活中。但是,中微子有很多獨特性質,將在未來對通訊技術發展、天文地理探究等有重要貢獻。

“國外很多實驗室也知道中微子研究的重要性,所以都會設計實驗去探測它。”趙潔說,中國在中微子領域的競爭對手主要來自發達國家和地區,這些地方擁有經驗豐富的團隊,這給國內科研團隊帶來非常大的壓力。“一個科學成果最終能不能做成,是看你是不是第一個發現的。不管你做得再好,如果你是第二個,都不及第一個來得重要。所以,我們要去搶佔第一。”

(作者:讀特記者 陳雯莉(見習)/文 楊哲/影片)

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