五年青春,我成为了一名山底洞人

作者: 谈安迪

来源: 辅导员娘亲

发布日期: 2018-07-02 19:00:00

本文讲述了作者谈安迪作为实验物理博士生,参与暗物质直接探测实验项目PandaX的五年经历,描述了他在四川锦屏地下实验室的工作和生活,以及团队在科学研究中遇到的挑战和取得的成就。

在一个人短暂的一生中,能有多少个全神贯注的五年,去做好一件事情?2012年8月16日,我第一次抵达四川,与运送“熊猫”的卡车一起,经过近2500公里的奔波,三天三夜几乎没睡。距离今天,整整五年。我叫谈安迪,是一位实验物理的博士生,很快,将是我师从季向东教授攻读博士学位的第六年。我从事的是暗物质直接探测实验,我们的项目叫做PandaX,中文名为“熊猫计划”。

实验场地位于地球—中国—四川省—凉山彝族自治州的一条隧道中,深埋在海拔近4100米的锦屏山。那是一个覆盖着2400多米岩石的极深地下实验室,被称为中国锦屏地下实验室,是由雅砻江水电开发公司和清华大学共建的。近期,PandaX实验组发布了二期实验的第二个结果,再次取得了对于暗物质与常规物质自旋无关的散射截面的排除曲线,这一成果世界领先。

2010年9月,那时我还是一名上海交通大学致远学院的大三学生,首次在季向东教授的物理讨论课上,听到了当今物理学关于解决暗物质问题的诸多疑难。暗物质对于解释宇宙的起源,以及宇宙中物质组成的演化非常重要,我深深为之着迷。在得知PandaX成立不到一年,需要有志从事物理实验研究的同学加入实验组一起“玩物理”后,我便在课后找到季教授,申请加入了PandaX实验组。

“熊猫计划”是由一组系列实验构成的:PandaX-I和PandaX-II,也就是一期和二期实验,均为氙气液二相时间漂移投影室探测器,目标是对暗物质候选粒子进行直接探测;之后还有更大型的暗物质探测实验和无中微子的双贝塔衰变实验。总之,我们在寻找宇宙中极难捕捉的“幽灵粒子”——暗物质粒子。这是当今粒子物理领域的一个前沿方向。

2012年8月,两年准备期很快过去。

两年间,组内十几位科学家和博士生昼夜钻研,从零起步的我们迅速跨过了技术积累的障碍,接下来,就要准备前往远在四川的实验场地了。所有的设备都价值不菲,更重要的是,那是全实验组几年的心血。面对未知的路途和四川现场可能遇到的后勤不足等问题,我们不敢信任运输公司和任何保险协议。于是,由我押车,陪伴“襁褓中的熊猫”开始了从上海到四川的征程。

一路上,两位司机轮流开车和睡觉,我坐在副驾驶,不断提醒他们开慢点,开稳一点,在服务区吃饭的时候,叮嘱司机把车开到就餐座位的视野范围内。三天后,设备顺利抵达,PandaX在中国锦屏地下实验室的故事正式拉开帷幕。

2012年8月底,锦屏附近区域发生特大泥石流灾害。实验设施尚未安装成型,但学长们不得不转移到西昌避难一周。面对未知的生活,我想大家心中都充满了忐忑。

不过后来我们了解到,虽然当地断水断电断网是家常便饭,但那样的灾害实属罕见,而且我们所驻扎的营地,其实地质条件相当稳定,大家便渐渐放宽了心,投入到PandaX一期实验各系统的搭建和调试中。这一调试运行,便又是一年半光阴。直到2014年10月,一期实验才告一段落。在PandaX一期实验中,我不紧不慢地做着自所负责的工作,由于身边都是独当一面的学长,忙里偷闲还可以偶尔打打球打打游戏。

抱大腿的光阴回忆起来总是那么甜美,只可惜学长都是要毕业的。

2014年,“熊猫”度过了他的童年,学会了基本的道理。作为一只“功夫熊猫”,是时候操练一番,站上世界舞台,加入国际竞争了。实验组委派我负责协调从一期到二期实验的升级,之后又委任我为二期实验的现场负责人。

2014年底,踌躇满志的实验组大部队来到锦屏,我们认为有了一期实验积攒的经验和二期实验充分的前期研发做保障,制作一个体量大几倍的探测器应当不在话下。可惜事与愿违,经过三个月的紧张安装(春节假期也搭了进去),在探测器调试运行时我们发现,氙气以不可接受的速率泄漏到外真空层并造成损失。这是二期实验的第一次失败,不过没关系,失败是成功之母,于是我们推倒重来。

2015年9月26日,我开车穿过10千米的隧道,将起早贪黑奋战了近一年的小伙伴们送回营地休息。当我独自留在车里,内心彻底崩溃了。我感慨自己的无知与无能,古语云一鼓作气再而衰三而竭,可是四呢?五呢?回想过去,同行的国际竞争压力确实很大,但我们是不是不应该这么快节奏地升级进入二期?是不是整体实验设计方案有问题?是不是前期预演并不能达到模拟真实探测器运行的情况?我们是不是应该全盘否定,推倒重来?

我自己呢?我不敢想未来。我是不是不该读这个博士?我是不是不该选这个方向?我的学术生涯是不是就要这样结束了?我为什么不听劝告转去做程序员,或者去银行找个工作什么的?

2016年3月9日,历经一年半的数次失败,PandaX-II正式开始了稳定取数。2016年7月21日,我与季向东教授一起参加了在英国谢菲尔德市举行的国际暗物质大会。

会上,我们发布了二期实验的第一个物理结果,对暗物质存在的参数空间做出了当时最强的限制,与同期发布的LUX实验的最后一个物理结果相当。这在当时引起了国际同行的强烈反响,大家都没有预料到我们会取得世界领先的结果。这一次,“熊猫”终于站上了世界舞台,与世界上最优秀的物理学家们同台竞技。

2017年4月,PandaX-II实验恢复了数据采集。

8月8日,季向东教授代表合作组在2017国际高能粒子天体物理大会上,公布了“熊猫计划”二期的最新结果。我们再次取得了世界领先的灵敏度!五年转瞬即逝,我见证了这只“熊猫”在四川大山中的茁壮成长,它的背后,是十几位世界级科学家和十几名研究生的悉心照料。

他们需要给妻儿解释为什么约定的假期又要失信;他们需要向长辈解释,为什么明明身在中国,却好几年不回家过年;他们要给女朋友解释,为什么一出差就是几个月接着几个月又是几个月;他们要给自己解释,人生如此丰富多彩,为什么要吃这么多压缩饼干、泡面、速冻水饺、速冻汤圆和工地食堂,为什么要日复一日、夜复一夜去做这样一件事,去做一件亲朋好友问“你测到暗物质有什么用”你都答不上来的事?

我是幸运的。

我们无法选择出生的时代、国家和家庭。但这是一个美好的时代,人类文明早已经足够发达,人类社会的结构早已可以通过社会分工,养活大多数不耕种的其他专业人士;这是一个崛起中的国家,她有足够的气魄和格局,去做一些或有长远收益的投入;我很庆幸来自于一个开明的家庭,它让我思考我想成为一个什么样的人,它让我去成为一个我想成为的人。在基础科学领域,许多时候,并不是因为“有用”,人类才去探索自然。

我们的项目极有可能首先直接探测到“暗物质粒子”,回答人类关于宇宙起源的问题,解释这世界上比常规物质多5倍的“看不见”的物质究竟是什么。

也有可能,若干年后我们的方向被证实是错误的,暗物质无法通过这样的探测方式被捕捉到。但这没关系,人类对于自然的探索绝非教科书那么简练。历史长河中,绝大多数的科研工作都是“炮灰”,都是试错,但绝非毫无意义。

它告诉后人,在无穷多个探索方向中,有一个看似能有突破的方向很可能走不通。我想,这也是大多数基础科学研究的共性:如果已经知道答案,就无需探索了。有人说,并不是热泪盈眶才叫青春,也不是莽撞热血才叫年轻。不忘初心,便始终都是年轻的。悲哀的是,多少人把放纵当热血,并把成熟和自律当做陈腐来嬉笑嘲讽。在岁月尚未过多流逝之前,他们的身体和精神就已经被掏空,提早告别了青春。

以“熊猫计划”为例,基础科研可能99%的过程都是超高强度的体力和脑力劳动,伴随着枯燥、乏味、痛苦和自我怀疑。但是那1%“会当凌绝顶”的尖峰时刻,简简单单“幸福”二字,完全不足以描述人类精神需求中那自我实现层面的巨大满足。我只是想满足我的好奇心,也是人类的好奇心。我热爱这样的基础科研工作,热爱探究自然奥秘的真相。我是真的很想满足这颗好奇心,是真的热爱这份工作!

2015年,我在锦屏现场工作288天;2016年280天,2017年预计也会超过280天,成为一名不折不扣的“山底洞人”。我的学术生涯和事业,起步于这座大山之下的洞室里。

本故事纯属真事,如有雷同也很正常。这也是我们团队所有人共同的经历,相信也是千千万万基础科研工作者拥有的心路历程。所以,你,想成为什么样的人?一个人,能有多少个全神贯注的五年,用日以继夜的训练磨砺自己的技能,用委屈、痛苦和挣扎撑大自己的心胸,去成为那个你想成为的人?欢迎留言,与我们分享你的故事。

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