中微子猎手

鞠强

2012年3月8日，曹俊所在的大亚湾反应堆中微子实验团队召开新闻发布会，宣布关于中微子研究的重大发现。这时距离当年春节过去仅一个多月的时间，为了这一发现，团队成员过年都没有回家。“当时特别紧张，我们想要赶在其他国家团队之前得出结果。大家加班加点处理实验数据，春节都没回家过年。除夕时候，我请他们吃了年夜饭。”尽管已经过去7年多，提起当时的情况，曹俊还记忆犹新。

中微子是粒子世界的“幽灵”，不带电，质量小，无处不在却又极难观察。曹俊是国内最早倡导并开展中微子实验的物理学家之一。2003年之前，他在美国费米实验室参与中微子研究，那时国内研究中微子的物理学家凤毛麟角，更没有相关的实验。偶然的机会，他和中科院高能物理研究所现任所长王贻芳院士就未来的中微子实验进行了几次交流，尽管立项前景不明，但觉得科学上非常诱人，于是决定回国面试相关的岗位。“那时候签证很困难，觉得有可能回不了美国了，所以带了一半行李回国，面试成功之后，因为筹备实验非常忙，我果然没有再回去”。曹俊就这样成为大亚湾中微子实验团队最早的成员之一。

“1988年以来，中微子相关研究已经4次获得诺贝尔物理学奖，可见其重要性。”曹俊为我们讲解道。粒子物理标准模型是20世纪物理学最重要的成就之一，在绝大多数情况下，理论预言与实验结果都惊人一致，但是这个模型不能解释暗物质和暗能量，也不能解释中微子質量，因此物理学家不得不去寻找标准模型之外的“新物理”，从而完善对世界的描述。在未知的重重迷雾中，中微子也许是他们最重要的线索。

曹俊在中科院高能物理所的光电倍增管实验室。光电倍增管能将极微弱的光信号转换成电信号输出，并获得惊人的电子倍增能力。江门实验使用的光电倍增管全部由中国生产。

自然界中已知存在3种中微子，彼此之间可以转化，这被称作中微子振荡，是标准模型无法解释的奇异现象。中微子振荡中，有3个叫做混合角的重要参数，对前2个参数的测量都获得了诺贝尔奖，因此测量第3个参数成为很多实验团队的目标，包括曹俊所在的大亚湾团队。

2011年12月24日，大亚湾实验的探测器开始取数。在这样一个探测器建在中国、以中美两国为主的多国粒子物理合作项目里，整个团队都处在既合作又竞争的良性状态中。因为是国内第一次开展大型中微子实验，中方团队无先例可循，只能本着“遇山开路、遇水架桥”的态度，逐个攻克难关。“团队每个人都很拼，心里卯着劲呢！”

终于，大亚湾率先发现了第三种中微子振荡模式（对应第3个混合角）并精确测量了振荡概率。这不仅是测得了中微子物理中一个重要的参数，还将直接决定下一代中微子实验研究的设计思路和发展方向，因此得到国际物理学界的高度评价。

发现希格斯玻色子让欧洲核子研究中心的大型强子对撞机名声大噪，也让大型高能物理实验设施走进公众的视野。“粒子物理实验从提出设想、设计建造再到运行并产出成果，往往需要一个漫长的周期，”曹俊说，“从事粒子物理研究的实验物理学家，在科研生涯的黄金期只能投入到一两项实验中。”他们既不能盲目行动，又要有远见卓识。

2008年，大亚湾实验刚刚启动建设不久，曹俊等人就已经开始为未来进行谋划，提出了江门中微子实验。这个实验是大亚湾实验的升级版，不仅有望确定中微子质量顺序，对中微子的几个关键参数进行更加精确的测量，深化对中微子的理解，甚至有可能发现宇宙起源中反物质消失之谜的“钥匙”。

江门中微子实验目前已在基建施工中，计划在2021年底完成探测器建造，再用约6年的时间完成关键的数据收集工作，那时距离提出设想整整20年。20年是实验物理学家的黄金期，但与宇宙138亿年的历史相比，只是微不足道的一瞬间。以“瞬间”去探索“永恒”，为理解看似不可理解的宇宙创造可能，也许就是曹俊这样的实验物理学家送给人类的最大奇迹。

曹俊粒子物理学家，中国科学院高能物理研究所研究员，研究方向为中微子物理和中微子探测技术。