位于北京石景山区玉泉路的中国科学院高能物理研究所,与中国科学院大学共享一个院子。这里看上去十分安静,整洁,有一种象牙塔的感觉。蝌蚪君在主楼见到中微子专家,亚太物理学会杨振宁奖得主曹俊研究员的时候,他刚刚送走了来中国做学术报告的一位美国客人。这个美国客人是美国物理学会的前任主席,引力波探测项目LIGO以前的负责人。蝌蚪君对曹俊的独家专访就紧锣密鼓地开始了,采访问题主要集中在中微子物理的相关领域。
中微子,不是电磁波,它是一种不带电的,可以轻易穿过地球的小粒子,它在飞行过程中还会不断变身——犹如川剧的“变脸”,在物理学的术语里,这被称为中微子振荡。这么高冷的概念,在大众文化圈属于冷门,于是我们的话题从最近流行的科幻小说《三体》谈起。曹俊老师告诉蝌蚪君,他也看过《三体》这部科幻小说,书中提到用中微子或者引力波来进行通讯是未来世界的两大通讯技术。
曹俊介绍说,当年小柴昌俊他们的研究组在日本神冈的实验也没有测出中微子的速度与光速到底有多少差别。在16万光年的距离上,超新星发出的中微子与光子几乎是同时到达地球的,这说明中微子的速度很接近光速。
曹俊自2003底开始从事大亚湾反应堆中微子实验研究,先后负责物理与软件系统和中心探测器的概念设计与工程设计,2013年起担任大亚湾实验的负责人,按国际惯例,叫“发言人”。
2012年3月,时任大亚湾发言人的高能所所长王贻芳代表大亚湾国际合作组公布了中微子的θ13的数值,这是在中国本土首次测到的基本物理学参数。中微子分为3种,分别是电子中微子,缪子中微子与陶子中微子。它们在飞行过程中会不断地相互转化,θ13就是刻画这种“变脸”的概率。这一数据很小,但在大亚湾中微子实验中被精确测定。
江门中微子实验(JUNO)2015年1月10日在广东省江门市举行了建设启动仪式,已经完成前期的征地工作,准备挖掘隧道到地下700米深处。这一中微子探测地点离阳江核电站与台山核电站的距离都是53公里(这个距离是通过振荡几率可以算出来的,是反应堆中微子振荡最大的一个地点),所以构成了一个等腰三角形。整个项目投资约为20亿元。江门中微子实验预期在2020年开始采集核电站反应堆的中微子数据进行物理分析。
因为现在还没有采集到数据,所以未来会发现什么新的物理还没有定论。
采访接近尾声,曹俊告诉蝌蚪君,做中微子的物理实验目前主要是为了解释一些基础的物理问题;同时中微子也可以告诉我们地球内部的放射性元素衰变数量,从而判定地球内部的演化模型;也可以告诉我们恒星以及遥远的超新星内部的物理规律;而且因为中微子在宇宙中象光子一样多,如果知道了它的质量,就可以估计出宇宙中中微子的总质量,也可以评估它对宇宙演化的作用。