高能中微子实验的装置有

A. 粒子物理最新前沿发展到哪一步了

2008年9月17日至21日，来自高能所、北京大学、南京大学、理论所、北京师范大学、南开大学、中国科学技术大学、深圳大学等科研院校的80余位研究生及青年学者参加了在京郊举行的2008年粒子物理学前沿讲座。

这是自2002年以来粒子物理学前沿系列讲座的第五次召开，该讲座瞄准国际粒子物理前沿的最新发展选择研讨会的题目，邀请国际著名学者从理论和实验的角度报告粒子物理前沿的最新发展和研究成果，同时国内参加的青年学生与学者也可以介绍他们有关的工作。从而加强国际交流，跟踪国外最新发展，重在培养中国自己的粒子物理研究青年人才，进一步提高中国粒子物理研究的整体学术水平。

今年的主题是中微子物理与天体物理，讲授人既有在中微子理论研究方面有很深造诣的教授，也有各大中微子实验项目的发言人，报告内容广泛深入。理论方面，东京大学（Tokyo Univ.）的H. Murayama综述了从上世纪30年代至今的中微子理论研究；国际理论物理中心（ICTP）的A.Yu. Smirnov教授讲解了中微子振荡的唯象学；意大利国际高等研究院的S. Petcov 教授介绍了中微子混合、无中微子双beta衰变、轻子CP破坏及宇宙的物质-反物质不对称等课题的理论研究；意大利国家核物理研究院的F.Feruglio教授讲述了中微子质量模型；德国马克斯--普朗克物理研究所的G. Raffelt教授介绍了超新星中微子和宇宙学最新进展。实验方面，来自法国CPPM的J. Carr 教授讨论了超高能宇宙线中微子；意大利国家核物理研究院的M. Pavan教授介绍了无中微子双β衰变实验；东京大学的Y.Suzuk教授介绍了大气中微子及太阳中微子实验；伦敦大学帝国学院的D.Wark教授介绍了加速器中微子实验；高能所的王贻芳研究员介绍了反应堆中微子实验。

这次讲座不仅让学员们了解到了中微子物理和天体物理的最新发展，并且有机会面对面地与国际著名专家进行充分的交流，同时为大亚湾中微子实验培养了人才。讲习班取得了预期的效果，与会者希望这样的讲习班能够每年坚持召开。

此次讲习班由高能所和中科院大科学装置理论物理中心主办，并得到了中国高等科学技术中心和卡弗里研究所的部分资助。

B. 高能粒子的实验

1930年，美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，并因此获得了诺贝尔奖，但由于相对论效应，粒子的加速会使质量增大，从而只能使粒子获得几百keV的能量。
同步加速器的发明克服了这一缺点，美国费米实验室的质子同步加速器轨道半径为1km，利用超导磁场，可将质子加速到1TeV。
同步加速器产生的同步辐射进一步限制了粒子能量的增大，故近年来物理学家们又开始发展直线加速器，因为直线运动的粒子没有同步辐射。20世纪的最后几十年是对撞机的时代，弱点统一理论预言的中间玻色子也在对撞机中被发现。欧洲质子对撞机对撞能量已达14TeV，并且已经开始建造更大型的对撞机，希望能够找到与质量起源联系密切的希格斯玻色子。对撞机还可以利用两个重粒子的对撞模拟宇宙大爆炸。
电子感应加速器是一种利用感生电场来加速电子的新型加速器，同步加速器适合加速重粒子（如质子），但是很难加速电子，感应加速器克服了这一困难。如今感应加速器中产生的γ射线可以做光核反应研究，还可以用于工业无损、探伤和医疗等领域。先进的高能加速器和对撞机主要用于前沿科学，而低能加速器却已经广泛转为民用，在材料科学、固体物理、分子生物学、地理、考古等学科有重要应用。
被加速的粒子可以通过辐照改变材料的性质或者诱发植物基因的突变培育新品种，可以诊断并治疗肿瘤，还可以生产大量同位素，用于工、农业生产。当然，加速器只能加速带电粒子，现如今广泛应用的中子探伤技术、中子干涉测量技术、中子非弹性散射等所用的中子是由核反应堆中产生的。 在高能粒子物理散射实验中，仅仅有高能粒子还不够，还必须有先进的粒子探测器来收集信息。粒子探测器是利用粒子与物质的相互作用原理来产生信号的。带电粒子在物质中运动的主要能量损失是电离损失，通过测量单位路程的能量损失可以判别粒子的类型。
低能在物质中运动的主要能量损失是光电效应，其次较弱的因素还有康普敦散射、瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射等，能量大于1MeV的光子能量损失主要原因是产生了正负电子对。高能电子入射到物质中时，由于突然减速，会产生高能轫致辐射，高能光子又会激发正负电子对……如此产生一连串的连锁反应，可以形成电磁簇射，簇射深度称为辐射长度，与粒子能量和介质密度有关，高能光子也可以形成簇射。
当带电粒子在介质中的速度大于介质中的光速时，会产生一种类似于声学中的“冲击波”一样的辐射，称为切连科夫辐射。切连科夫因为发现这种辐射而获得了诺贝尔奖。 高能粒子实验装置指的是用以发现高能粒子并研究和了解其特性的主要实验工具。高能物理实验需要三大条件：一是粒子源；其次是探测器，用以观察、记录各种高能粒子，大体上可以分成电探测器和径迹探测器两类；第三是用于信息获取和处理的核电子学系统。
径迹探测器包括云室、泡室等探测装置。在历史上，人们曾利用这类探测器在科学上得到重要成果。例如，1932年，C.D.安德森用云室发现了正电子。1960年，中国科学家王淦昌发现反西格马负超子所用的探测器就是24升丙烷泡室。但是，这类探测器已不属于现代的主要实验装置。
在同步加速器上进行高能物理实验，常使用前向谱仪。这是在束流前进方向上有目的地安排一系列电探测器，包括闪烁描迹器、多丝正比室、漂移室、契仑科夫计数器、全吸收量能器等探测装置。例如,用来发现J粒子的双臂谱仪就是一种前向谱仪。
在对撞机上进行高能物理实验时，所用谱仪的安排则另有特点。探测器在结构上应尽可能地从各方面包住对撞区，形成接近4π的立体角。例如，束流管道外包以漂移室,再包以闪烁计数器,外面再包以簇射计数器。簇射计数器外面有大型磁铁形成轴向磁场。磁铁外面包以μ子计数器等，形成多层叠套结构。中国正在兴建的第一台正负电子对撞机上所用的探测装置即属此类型。
所有这些探测高能粒子的实验装置，一般体积都在100～200米3以上，重量达数百吨。然而,其定位精度要求达到10-4米量级，定时精度达到10-10 秒量级,信号通道数达104～105,数据率到107位每秒量级，连续工作时间达103小时以上。因此,完成这样高指标的信息测量工作，必须拥有庞大、复杂、精密的核电子学系统。 利用这些相互作用原理，针对不同的要求，可以设计出不同类型和功能的粒子探测器。较早的有威尔逊云室，后来又发明了气泡室、乳胶室、多丝正比室、漂移室等，最后又发明了切连科夫探测器。
超级神冈中微子探测器是专门用来探测宇宙中最难束缚的幽灵：中微子的，探测器用了50500吨水作为切连科夫探测器，探测到的光（切连科夫辐射）输入计算机。实验结果证实了中微子振荡的存在，并且揭示了太阳中微子的失踪之谜。这些探测器配合粒子加速器可以用来探测多种粒子的轨迹、能量、类型等，它们是加速器的眼睛。
粒子物理实验所得到的粒子散射截面等数据，结合大爆炸宇宙学恰好可以解释宇宙中元素的组成和相对丰度。
137亿年前，宇宙诞生并开始膨胀，原始宇宙处于超高温和超高密度的状态，超高能光子激发出大量的粒子，光子们走不了几步就会与某个粒子（比如电子）碰撞，光根本透不出来，不得不与其它粒子形成了热平衡（平衡辐射又叫普朗克辐射）。

C. 能“隐形”的中微子是个“什么鬼”

由俄罗斯富翁尤里·米尔纳领衔资助的“科学突破奖”于2015年11月9日揭晓。中国科学院高能物理研究所王贻芳研究员及其领导的大亚湾中微子实验团队获得“基础物理学突破奖”。这是中国科学家和以中国科学家为主的实验团队首次获得该奖项，科学突破奖的获得让国人倍增自豪感。物理学的世界总是神秘而难懂，大神们的研究也是那样深不可测。中微子究竟是个“什么鬼”？和我们的生活有多大联系？不妨跟着小编一起“雾里看花”！

人类未来可能会利用中微子进行通信

此外，未来中微子也许还可以应用于地球断层扫描，即“地层CT”。中微子与物质相互作用的截面会随中微子能量的提高而增加，如果用高能加速器产生能量为一万亿电子伏以上的中微子束定向照射地层，与地层物质作用，可以产生局部小“地震”，人们利用此原理可对深层地层进行勘探，将地层一层一层地扫描。

科学家还相信，如果能够更好地理解中微子，它还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；没准它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像光子一样多，如果知道了它的质量，人们甚至可能估计出宇宙中中微子的总质量，进而可以评估它对宇宙演化的作用。

(本文节选自《知识就是力量》杂志2015年12月刊《中微子是个“什么鬼”？》一文，审核专家：李玉峰 中国科学院高能物理研究所副研究员，资料来源:蝌蚪五线谱）

D. 中科院高能物理研究所怎么样

能进中科院的都是IQ特别高的，我当年也考中科院高分子材料研究生滑档内下来的，题目大多是容超纲题。
工作生活前期基本在实验室，后期有成果之后召开发表，刊登在世界著名的科学期刊上，去全国各地高校做演讲，一是获取学术地位，二是赚点生活费。搞科研很辛苦的，特别是前期，有成果就不一样了
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两年过去了，我现在在中科院等离子体物理所，高能所的情况我不大了解，中科院的国家经费都不低就对了，现在每个月（硕士）3000-4000左右，不用学费（返还），专心科研。据我所知国内高校几乎没有几个比中科院给的多。
生活基本上都是差不多的，前期就混个二作共同一作啥的，后面有成果了就写论文，半年左右一片，科研狗枯燥乏味，论文都是相互引用，水文章从讲师评职称到教授，所以说为什么中国高校中流传一句话：一流的本科，二流的硕博，三流的教授，有那么点意思在里面，不过并不能以偏概全，至少我现在的导师是硕果累累（核聚变等离子体约束行为方向）。

E. 谁提出了一种实验验证中微子的方案

法国物理学家提出了一个实验方案，希望能搜寻到第四种中微子的“芳踪”。科学家们表示，如果实验证实第四种中微子确实存在，那么，不仅会给中微子科学带来巨大影响，也将改变人类对物质组成的根本理解。相关研究发表在最新一期的《物理评论快报》杂志上。
粒子物理学的标准模型认为，存在着三种类型的中微子：电子中微子、μ（缪）中微子和τ（陶）中微子。科学家们已探测到这三种中微子并观察到相互间的转化—中微子振荡。
早在上世纪90年代初期，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的液体闪烁中微子探测器（LSND）实验发现，一束反μ介子撞击一个目标时，反电子中微子振荡发生的速度比预期快。最近，法国原子能委员会（CEA）的物理学家们对核反应堆中反中微子的生成速度进行了重新计算，结果发现，该速度比预测值高3%，随后，他们对20多个反应堆中微子实验的结果进行了重新分析，发现了更多实验结果与预期不一致的情况。
科学家们认为，对这种偏差最简单的合理解释是存在着第四种类型的中微子，他们也推测出了其质量并认为它不会像其他中微子那样通过弱核力与物质发生反应，这使得它很难被探测到，甚至有科学家认为它可能是一种暗物质。
现在，CEA的迈克尔·克瑞贝尔等人设计了一个实验，希望能准确测试第四个中微子是否存在。
科学家们的设想是，让一个活度为1.85PBq的反电子中微子同位素源朝位于大型液体闪烁探测器（LLSD）中央的一个目标开火。随后，利用位于意大利格兰萨索国家实验室的巨型BOREXINO探测仪或位于日本“神冈矿”的KamLAND探测仪进行探测。
该反电子中微子同位素源将由一个辐射源—诸如铈核组成，为了获得准确的结果，实验可能历时一年。如果轰击实验产生了一个不反应的中微子，他们将测量一个独特的振荡信号以证实第四种中微子的存在。
目前他们面临的最大技术挑战是构建出一个反中微子源并建造一个厚厚的遮蔽材料来包裹它，实验也需要千吨级的探测器。

F. 宇宙中来无影去无冬的幽灵粒子，是靠纯净水检测的吗

江门中微子实验（JUNO）于2015年1月开工建设。若顺利，明年年中，施工人员将开始在地下实验厅中组装巨大的球形探测器。这是中国最复杂的高能物理实验装置，预计2022年建成。与当前最好的国际同类设备相比，它的规模要大20倍，精度提高近一倍。

这么大的玻璃球，给工程建设带来了挑战。江门中微子实验项目组先后请来几个知名力学团队帮忙设计，并搭建了专门实验室，测试有机玻璃的力学性能和老化情况，还造了一个直径3米的小球来验证计算和测试是否准确。

G. 目前有没有比光速快的

2011年9月底，曾经发现顶夸克的美国费米实验室宣布，他们的万亿电子伏加速器于9月30日关闭。之所以如此，是因为费米实验室计划转向一项新的研究，也就是对意大利OPERA实验发现的“超光速中微子”的结果进行验证。
在9月底，这个属于意大利Gran Sasso国家实验室名下的OPERA项目组可以说是赚足了眼球。《自然》杂志上的一篇文章称“OPERA”的实验装置接收到了来自730公里外位于Geneva欧洲核子研究中心(CERN)发出的中微子。而中微子穿越这段距离的时间比光速快60纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒）。
中微子是一种不带电的基本粒子，该粒子具有最强的穿透力。
这一结果与爱因斯坦相对论中 “光速无法超越”理论相矛盾。很多科学家都心存怀疑，其中最有名的是1979年诺贝尔物理学奖得主格拉肖，他因统一了电弱理论而获奖。他宣称由于中微子在从Geneva到Gran Sasso的传播过程中会损失能量，因此中微子的超光速现象是不可能发生的。
那么，究竟是OPERA错了？还是爱因斯坦错了？
真真假假
“我感到非常的震惊。” OPERA项目的发言人，瑞士伯尔尼大学物理学家Antonio Ereditato这样说。他表示经过数月的研究和交叉检查，他们并没有发现任何可以得出有关这个测量结果的解释，所以将这个研究结果公布。“我们将继续研究，同时也期待着其他机构的测量以便对我们的工作进行评估。”
OPERA项目组有160余人，他们来自各个国家。在高能物理所曹俊研究员看来，正式发表的结果肯定经过了反复推敲验证，他们文章中基本上每个重要的数字都采用不同方法检验或独立验证。“他们出错的概率要比相对论出错的概率大。但是凭空猜测他们哪里做错了，肯定是不靠谱的。也有可能什么地方他们没有想到。也有可能是中微子有什么特殊的性质。”曹俊这样告诉《科学新闻》。
OPERA的中微子大部分来自CERN的?仔粒子的衰变，然后它们在地壳中传播730公里到达Gran Sasso。跟传统高能物理实验不同,中微子实验并没有隧道，这是因为中微子和其他粒子的相互作用非常弱，他们能够在岩层中以近光速传播。“这个性质是中微子特有的，也是只能在中微子中观测到超光速现象的可能原因。”中国科学院高能物理研究所的Jarah Evslin解释称，之所以能观测到超光速现象，除了误差外，其可能原因还在于中微子的特质。
中国科学院高能物理研究所研究员张新民、Jarah Evslin、Emilio Ciuffoli以及刘杰，围绕OPERA的实验进行了相关研究。他们提出了一个能够很好解释OPERA结果的模型。他们认为对超光速中微子的一个主要限制是来自超新星1987A的中微子观测。在这个模型中，他们发现暗能量在可见物质高密度区聚集，例如地球附近。“因此，中微子只能在地球附近以超光速传播，而在太空中，由于可见物质稀少，暗能量不能聚集，中微子也就不能超过光速。”Jarah Evslin这样说。
事实上，观测到超光速中微子现象OPERA并不是独一家。早在2007年，美国费米实验室MINOS实验就曾经观测到类似的状况，但是当时并没有引起重视。
“费米实验室的MINOS实验结果没有被证伪。但是只有2个多标准偏差，显著性不够。OPERA超光速的结果达到了6个标准偏差，因此引起了重视。但不能排除实验做错了。”曹俊说。
据介绍，在粒子物理理论被验证的过程中，并未规定重复试验的次数。但是在单个实验中，如果达到5倍标准偏差的显著水平就可以确认。故OPERA实验相比费米的MINOS的实验更引人关注。
Jarah Evslin认为，之前由于费米MINOS实验的误差较大所以可信度低，而现在OPERA发现了相同的现象，因此费米的实验就值得商榷了。他指出，目前中微子只是比光速快了近7000米/秒，这么小的差别是很难被观测到的。主要有以下两个原因：中微子接收器位于地面以下1000米，不能直接用GPS来测时间；两年间，OPERA实验捕捉了16000个中微子束，中微子脉冲不是瞬时发出的，而是在一个约10000纳秒的时间内连续发出的。因此，我们无法区别探测到的中微子是在哪一刻发射出来的。在实验上这非常难下定论也非常容易发生错误。
如何验证
对于OPERA究竟是对还是错，这个问题也许OPERA自己并不能给出答案。这需要其他实验室给予帮助。
“由于超光速现象会撼动现代物理学的基础，所以我认为我们需要更多的中微子实验来检验OPERA的结果。”Jarah Evslin告诉《科学新闻》，如果在这次实验中，OPERA在某个细节上犯了错，那么下次实验他们还会继续犯同样的错误。所以对下次的结果仍然不能相信。因此必须在一到两年内有其他两个实验对OPERA的结果进行检验，一个就是美国费米实验室的MINOS实验，第二个是日本的T2K实验。
和许多物理学家一样，Jarah Evslin对OPERA的实验结果虽然心存疑虑，但仍认为是值得商榷的。“如果明年费米实验室的MINOS实验能够证实OPERA的结果，那么我认为这个实验就基本是正确的了。”Jarah Evslin这样告诉《科学新闻》。
据了解，为了对OPERA实验进行验证，目前费米实验室的MINOS提出了升级后的计划。其中包括采用更精确的时间测量方法，采用新的GPS传感器、原子钟和探测器，来将中微子到达时间误差控制在2纳秒。预计最快将在2014年得出结果。
在Jarah Evslin看来，费米实验室想要提高精度就必须在时间和距离两个方面上努力。特别是时间校准上必须在发生端和接收端下功夫。这是因为OPERA实验在距离校准上做得非常好，甚至能够探测到大陆板块移动。OPERA实验利用了多种独立的手段以及时间上最精准的钟来校时。因此，费米实验室至少要达到相同的水平，才可以确保实验结果的准确。
而除了校准时间外，“当然，能够延长中微子的传播距离是最好的，这样的话，时间可以不用探测的那么精确。但是这样一来我们就需要一个新的探测器，而建造一个新的探测器绝对不是一两年能够搞定的。”Jarah Evslin表示。
Jarah Evslin看来，在OPERA的结果得到确认之前，理论物理学家应该从理论方面考虑超光速的可能性，这样能够为实验设计提供帮助。因为，毕竟理论学家的“实验”比科学家的实验便宜很多。■
《科学新闻》 (科学新闻2011年第11期 学界)
2012年3月末物理学家们宣布，之前那项对爱因斯坦相对论的基础——光速极限理论提出挑战的实验已经被确认存在错误。后续的验证实验已经证明，和所有其它事物一样，中微子同样遵循爱因斯坦指出的宇宙速度极限法则。

H. 超光速中微子实验中的问题

据我所知 用符合计数法
举例来说，我们认为粒子源到探测器是沿地表方向的。从粒子源到探测器中间再放上两个探测器，只有当这两个探测器在很短时间间隔内都有信号时，才认为最终探测器上的信号是来自于粒子源的，反之任何一个或者两个有信号，则认为是噪声信号，处理时不计入事例中。这就是探测当中常用的符合计数。当然，理论上不排除同时有三束宇宙线在不同探测器内产生信号，但是概率几乎为零了。所以这种探测方法的取信度是很高的。

I. 有哪些科学家的故事

门 捷 列 夫

元素周期律的发现
1867年，俄国彼德圣堡大学里来了一个年轻的化学教授，他就是门捷列夫。身为化学教授的门捷列夫大部分时间不是在实验室度过，而是将自己关在书房里。手里总捏着一副纸牌，颠来倒去，整好又打乱，乱了又重排。不邀牌友，也不去上别人家的牌桌。
两年后的一天，俄罗斯化学会专门邀请专家进行一次学术讨论。学者们有的带着论文，有的带着样品，只有门捷列夫两手空空，学术讨论进行了三天，三天来讨论会场大家各抒己见，好不热闹，只有门捷列夫一个人一直一言不发，只是瞪着一双大眼睛看，竖起耳朵听，有时皱皱眉头想想。
眼看讨论就要结束了，主持人躬身说道：“门捷列夫先生，不知可有什么高见？”门捷列夫也不说话，起身走到桌子的中央，右手从口袋里取出，随即一副纸牌甩在桌子上，在场的人都大吃一惊，门捷列夫爱玩纸牌，化学界的朋友已早有所闻，但总不至于闹到这种地步，到这么严肃的场合来开玩笑吧？
只见门捷列夫将那一把乱纷纷的牌捏在手里，三下两下便整理好，并一一亮给大家看。大家这时才发现这并不是一副普通的扑克，每张牌上写的是一种元素的名称、性质、原子量等，共63张，代表着当时已发现的63种元素。更怪的是，这副牌中有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。
门捷列夫真不愧为玩纸牌的老手，一会儿功夫就在桌子上列成一个牌阵：竖看就是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫分别各一列，横看那七种颜色的纸牌就像画出的光谱段，有规律地每隔七张就重复一次。然后门捷列夫口中念念有词地讲着每一个元素的性质，滚瓜烂熟，如数家宝。周围的人都傻眼了。他们在实验室里钻了十年、几十年，想不到一个年轻人玩玩纸牌就能得出这番道理，要说不服气吧，好象有理，要说真是这样，又有些不甘心。
这时一直坐在旁边观看的门捷列夫的老师胡子气得撅起来了，一拍桌子站起来，以师长的严厉声调说道：“快收起你这套魔术吧，身为教授、科学家，不在实验室里老老实实地做实验，却异想天开，摆摆纸牌就要发现什么规律，这些元素难道就由你这样随便摆布吗？……”老人越说越激动，一边还收拾东西准备离去，其他人见状也纷纷站起，这场讨论就这样不了了之。
门捷列夫坚信自己是对的，回家后继续推着这副纸牌，遇到什么地方接连不上时，他就断定还有新元素没被发现，他就暂时补一张空牌，这样他一口气预言了11种未知元素，那副牌已是74张。这就是最早的元素周期表。
在随后的几年中，门捷列夫预言的11种元素陆续被发现，乖乖地住进他的元素周期表，特别是后来发现的氦、氖、氩、氪、氙和氡又给元素周期表增加了新的一族。元素世界一目了然，它就像一幅大地图，以后化学的研究就全靠这幅指南图了。

牛 顿

少年时代的牛顿不像高斯、维纳那样，从小就显露出引人注目的科学天才；也不像莫扎特那样表现了令人惊叹的艺术禀赋。他跟普通人一样，轻松愉快地度过了中学时代。
如果说他和别的孩子有什么不同的话，那就是他的动手能力相当强。他做过会活动的水车；做过能测出准确时间的水钟；还做过一种水车风车联动装置，它使风车可以在无风时借助水力驱动。
15岁那年，一场罕见的暴风雨侵袭英格兰。狂风怒吼，牛顿家的房子直晃悠，就像要倒了似的。牛顿为大自然的威力迷住了，不禁想测验飓风的力量。他冒着狂风暴雨来到后院，一会儿逆风跑，一会儿顺风跳。为了接受更多的风力，他索性敞开斗篷向上跳跃，认准起落点，仔细量距离，看狂风把他吹出多远。
1661年牛顿考上了剑桥大学，尽管在中学里是个优等生，可是剑桥大学集中了各地的尖子学生，他的学习成绩赶不上别人，特别是数学的差距更大。但是他并不气馁，就像他少年时代喜欢思考问题一样，踏踏实实地学习，直到透彻地理解为止。
在大学的头两年里，他除学习算术、代数、三角外，还认真学习了欧几里得《几何原本》，弥补了过去的不足。他又钻研笛卡儿的《几何学》，熟练地掌握了坐标法。这些数学知识，为牛顿后来的科学研究打下了坚实的基础。
四年后，他从剑桥大学毕业了。1666年的一天，牛顿请母亲和弟妹到自己房间里来。房间里黑洞洞的，只从窗子的一个小孔中透过一线阳光，在墙上照出一个白色的光点。牛顿让他们注意看墙上的光点。他手里拿着自制的三棱镜，放在光线入口处，使光折射到对面墙上，光点附近突然映出一条瑰丽的彩带。这条彩带同雨后晴空中出现的彩虹一样，由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等七种颜色组成。牛顿和自己的亲人共同观赏了人工复现的自然景象。后来，牛顿又用第二个三棱镜把七种单色光合成白光。他用白光分解实验宣告了光谱学的诞生。
牛顿在探索光色之谜的同时，还在探索引力之谜。他从苹果从树上掉了下来的事实发现万有引力定律，而且从数学上论证了万有引力定律，并且把力学确立为完整、严密、系统的学科。他在概括和总结前人研究成果的基础上，通过自己的观察和实验，提出了“运动三定律”。这三条定律和万有引力定律共同构成了宏伟壮丽的力学大厦的主要支柱。这座力学大厦是近代天文学和力学发展的基地，是机械、建筑等工程技术发展的基地，也是机械唯物论统治自然科学领域的基地。构造了宏伟壮丽的力学大厦。

瓦 特

瓦特出生于英国的格林诺克，由于家境贫穷没机会上学，先是到一家钟表店当学徒，后又到格拉斯哥大学去当仪器修理工，瓦特聪明好学，他常抽空旁听教授们讲课，再加上他整日亲手摆弄那些仪器，学识也就积累的不浅了。
1764年，格拉斯哥大学收到一台要求修理的纽可门蒸汽机，任务交给了瓦特。瓦特将它修好后，看看他工作那么吃力，就象一个老人在喘气，颠颠颤颤地负重行走，觉得实在应该将它改进一下。
他注意到毛病主要是缸体随着蒸汽每次热了又冷，冷了又热，白白浪费了许多热量。能不能让它一直保持不冷而活塞又照常工作呢？于是他自己出钱租了一个地窖，收集了几台报废的蒸汽机，决心要造出一台新式机器来。
从此，瓦特整日摆弄这些机器，两年后，总算弄出个新机样子。可是点火一试，那汽缸到处漏气，瓦特想尽办法，用毡子包，用油布裹，几个月过去了，还是治不了这个毛病。
一天他又趴到汽缸前观察漏气的原因，不小心一股热气冲出，他急忙躲闪，右肩上已是红肿一片，就像被一把热刀削过一样，辣辣地疼起来，弄得他心烦意乱。他真有些灰心了，这时，是他的妻子给了他勇气，妻子用激将法又激起了继续研究下去的雄心。
他又回到地下实验室，将过去的资料重新翻阅一番，打起精神又干了起来，干累了就守着炉子烧一壶水喝茶。一天，他一边喝茶，一边看着那一动一动的壶盖。他看看炉子上的壶又看看手中的杯子，突然灵感来了：茶水要凉，倒在杯里；蒸汽要冷，何不也把它从汽缸里也“倒”出来呢？
这样想着，瓦特立即设计了一个和汽缸分开的冷凝器，这下热效率提高了三倍，用的煤只有原来的四分之一。这关键的地方一突破，瓦特顿然觉得前程光明。他又到大学里向布莱克教授请教了一些理论问题，教授又介绍他认识了发明镗床的威尔金技师，这位技师立即用镗炮筒的方法制了汽缸和活塞，解决了那个最头疼的漏气问题。
1784年，瓦特的蒸汽机已装上曲轴、飞轮，活塞可以靠从两边进来的蒸汽连续推动，再不用人力去调节活门，世界上第一台真正的蒸汽机诞生了。

杨 振 宁

杨振宁生于安徽合肥，读小学时，数学和语文成绩都很好。中学还没有毕业，就考入了西南联大，那是他才16岁。20岁那年大学毕业后，旋即进入西南联大的研究院。两年后，以优异成绩获得了硕士学位，并考上了公费留美生，于1945年赴美进芝加哥大学，1948年获博士学位。1949年，杨振宁进入普林斯顿高等研究院做博士后，开始同李政道合作进行粒子物理的研究工作。
杨振宁是理论物理学家，他对理论物理学的贡献范围很广，包括基本粒子、统计力学和凝聚态物理学等领域，其中在粒子物理学方面贡献最大。
在粒子物理学方面，他最杰出的贡献是1954年与密耳斯共同提出的杨--密耳斯场理论，开辟了非阿贝尔规范场的新研究领域，为包括电弱统一理论、量子色动力学理论、大统一理论、引力场的规范理论等现代规范场理论打下了坚实基础。
另一项杰出贡献是1956年和李政道合作，深入研究了当时令人困惑的θ－τ之谜，即后来所谓的K 介子有两种不同的衰变方式，一种衰变成偶宇称态，一种衰变成奇宇称态；如果弱衰变过程宇称守恒，则他们必定是两种宇称状态不同的 K介子。但从质量和寿命来看，它们又应是同一种介子。
杨振宁和李政道通过分析认识到，很可能在弱相互作用中宇称不守恒。他们仔细检查了过去的所有实验，确认这些实验并未证明弱相互作用中宇称守恒。在此基础上他们进一步提出了几种检验弱相互作用中宇称不守恒的实验途径。次年, 这一理论预见得到吴健雄小组的实验证实，他们也因次获得了1957年诺贝尔物理学奖。
在粒子物理学方面，杨振宁的贡献还有费密--杨模型，与李政道合作的二分量中微子理论，与李政道和R.奥赫梅合作的关于电荷共轭变换和时间反演变换不守恒的分析，与李政道合作的高能中微子实验分析和关于W 粒子的研究。与吴大峻合作的宇称不守恒分析，规范场的积分形式理论，与吴大峻合作的规范场与纤维丛的关系。与邹祖德合作的高能碰撞理论等等。
杨振宁谨记父亲杨武之的遗训：有生应记国恩隆。他在1971年夏，是美国科学家中率先访华的。他说：“作为一名中国血统的美国科学家，我有责任帮助这两个与我休戚相关的国家建立一座了解和友谊的桥梁。在中国科技发展的道途中，我应该贡献一些力量”。杨振宁是这样说，也是这样做的。20多年来，他频繁穿梭往来于中美之间，做了许多卓有成效的学术联系工作。

戴 维

戴维小时候是一个出名的浪子，虽聪明，但就是不愿学习。他上学时总是一个口袋里装鱼钩鱼线，另一个口袋里装弹弓，上学前总要到河边打几只鸟，钓几条鱼。
父亲死后，母亲拖着五个孩子实在无法活下去，母亲只好把戴维送进一家药店当学徒。到月底时，别人领了工资，却没有戴维的份。戴维就伸手向老板要，老板却当着众人狠狠地打了戴维一下，还说：“让你抓药不识药方，让你送药认不得门牌，你还好意思伸手来要钱？”店里的师徒哄堂大笑。
戴维哪里受过这种羞辱，从此他下定决心要浪子回头、发奋读书，他利用药房的条件研究起化学。这时恰好有个贝多斯教授成立了一个气体疗养院，戴维被邀请一块儿工作，在这里，戴维发现了一种“笑气”，从此戴维的名声大振。
1803年，戴维当选为英国皇家学会的会员。他知道机会难得，于是更加刻苦研究。在许多研究题目中，戴维对伏打电池的电解作用尤感兴趣。他想电能将水分解成氢、氧，那么一定也能将其他物质分解出新元素。而化学中常用的就是苛性碱，不妨拿它试一试。
于是他将一块苛性碱配成水溶液，然后通上电，溶液立即沸腾发热，两根导线附近都出现了气泡。开始戴维以为苛性碱分解了，可是后来发现跑出去的气体是氢气和氧气，也就是说分解的只是水，苛性碱根本没动。
戴维的倔劲上来了，水攻不行，那就用火攻。这回他将苛性碱熔化后，然后通上电，嘿！在导线同苛性碱接触的地方出现了小小的火舌，淡淡的紫色。这可使戴维高兴坏了，但他很快又犯愁了，怎么收集这种物质呢？熔融物温度太高，这东西又易燃，一分解出来就着火了。看来火攻也不是个好办法。
11月19日是皇家学会一年一度贝开尔报告会的日子，戴维满心希望这次能拿一样新发现的元素。可是眼看报告日期就要到了，电解苛性碱还是没有眉目。他苦苦思索了十几天，这天他突然想出了一个好法子：把苛性碱稍稍打湿，让它刚能导电又不含剩余水分。
要将苛性碱打湿很简单，只要把它放在空气中片刻，它就会自动吸潮，表面形成湿糊糊的一层。这次戴维真的成功了，他电解出了金属钾。

钱三强

在法国留学期间，钱三强在巴黎大学镭学研究所居里实验室和法兰西学院原子核化学实验室从事原子核物理的研究工作。这期间，钱三强在原子核物理学领域中做出了很多成就。
首先，他与约里奥·居里合作，用中子打击铀和钍得到放射性的镧同位素，从它们的β射线能谱证明它们是同一种同位素。这对解释当时发现不久的核裂变现象是有力的支持。
他还首次从理论和实验上确定了 50000电子伏特以下的中低能电子的射程与能量的关系。并且与布依西爱和巴什莱合作，首次测出了镤的α射线的精细结构，并与电子内转换的γ谱线符合得很好。
他最大的成就是与妻子何泽慧、两个法国研究生沙士戴勒和微聂隆合作，发现了铀的三分裂和四分裂现象。这个发现使他们异常兴奋，但他们并没有立即发表，因为当时科学家们一致认为原子核分裂只有二分裂的可能。钱三强根据实验继续分析研究，最终得出了能量与角分布等的关系，对三分裂现象从实验与理论两方面作出了全面的论述。
经过十几年的考验，这一发现已得到公认，尤其是到50年代获得新的实验手段后，从第二裂片的同位素质量谱、射程、发射角度等都说明他的解释与实验证据以及电子计算机计算结果相符合。这一发现被人们认为是第二次世界大战后居里实验室和法兰西学院原子核化学实验室第一个重要成果。
在钱三强要返回祖国时，约里奥·居里夫妇送给他一份鉴定书，上面写着：十年期间，在那些到我们实验室来由我们指导工作的同代人中，钱三强最优秀，我们这样说，并不言过其实。

钱三强回国后培养了一批从事研究原子核科学的人才，并且建立起中国研究原子核科学的基地。从1955年起，他参加了原子能事业的建立和组织工作，将近代物理研究所改良为原子能研究所，领导并促进了这一事业的发展以及有关科技工作的开展，对中国科学院和中国原子能事业的建设、计划和学术领导都作出了贡献。

诺贝尔

诺贝尔的父亲是一位颇有才干的发明家，倾心于化学研究，尤其喜欢研究炸药。受父亲的影响，诺贝尔从小就表现出顽强勇敢的性格，他经常和父亲一起去实验炸药。多年随父亲研究炸药的经历，也使他的兴趣很快转到应用化学方面。
1862年夏天，他开始了对硝化甘油的研究。这是一个充满危险和牺牲的艰苦历程。死亡时刻都在陪伴着他。 在一次进行炸药实验时发生了爆炸事件，实验室被炸的无影无踪，5个助手全部牺牲，连他最小的弟弟也未能幸免。这次惊人的爆炸事故，使诺贝尔的父亲受到了十分沉重的打击，没有多久就去世了。他的邻居们出于恐惧，也纷纷向政府控告诺贝尔，此后，政府不准诺贝尔在市内进行实验。
但是诺贝尔百折不挠，他把实验室搬到市郊湖中的一艘船上继续实验。经过长期的研究，他终于发现了一种非常容易引起爆炸的物质－－雷酸汞，他用雷酸汞做成炸药的引爆物，成功地解决了炸药的引爆问题，这就是雷管的发明。它是诺贝尔科学道路上的一次重大突破。
矿山开发、河道挖掘、铁路修建及隧道的开凿，都需要大量的烈性炸药，所以硝化甘油炸药的问世受到了普遍的欢迎。诺贝尔在瑞典建成了世界上第一座硝化甘油工厂，随后又在国外建立了生产炸药的合资公司。但是，这种炸药本身有许多不完善之处。存放时间一长就会分解，强烈的振动也会引起爆炸。在运输和贮藏的过程中曾经发生了许多事故，针对这些情况，瑞典和其他国家的政府发布了许多禁令，禁止任何人运输诺贝尔发明的炸药，并明确提出要追究诺贝尔的法律责任。
面对这些考验，诺贝尔没有被吓倒，他又在反复研究的基础上，发明了以硅藻土为吸收剂的安全炸药，这种被称为黄色炸药的安全炸药，在火烧和锤击下都表现出极大的安全性。这使人们对诺贝尔的炸药完全解除了疑虑，诺贝尔再度获得了信誉，炸药工业也很快地获得了发展。
在安全炸药研制成功的基础上，诺贝尔又开始了对旧炸药的改良和新炸药的生产研究。两年以后，一种以火药棉和硝化甘油混合的新型胶质炸药研制成功。这种新型炸药不仅有高度的爆炸力，而且更加安全，既可以在热辊子间碾压，也可以在热气下压制成条绳状。胶质炸药的发明在科学技术界受到了普遍的重视。诺贝尔在已经取得的成绩面前没有停步，当他获知无烟火药的优越性后，又投入了混合无烟火药的研制，并在不长的时间里研制出了新型的无烟火药。
诺贝尔一生的发明极多，获得的专利就有255种，其中仅炸药就达129种，就在他生命的垂危之际，他仍念念不忘对新型炸药的研究。

李 政 道

李政道出生于上海，他自幼酷爱读书，整天手不释卷，连上卫生间都带着书看，有时手纸没带，书却从未忘带。抗战争时期，他辗转到大西南求学，一路上把衣服丢得精光，但书却一本未丢，反而一次比一次多。
1946年，20岁的李政道到美国留学，当时他只有大二的学历，但经过严格的考试，竟然被芝加哥大学研究生院录取。3 年后便以“有特殊见解和成就”通过了博士论文答辨，被誉为“神童博士”，当时他才23岁。
李政道对近代物理学的杰出贡献是：1956 年和杨振宁合作，深入研究了当时令人困惑的θ-τ之谜，并且提出了“李一杨假说”，即在基本粒子的弱相互作用中宇称可能是不守恒的，后来这一假说被华裔女物理学家吴健雄用实验所证实，从而推翻了过去在物理学界被奉为金科玉律的宇称守恒定律，为人类在探索微观世界的道路上打开了一扇新的大门。他因此也获得了1957年度诺贝尔物理学奖。
一项科学工作在发表的第二年就获得诺贝尔奖，这还是第一次。李政道又是到那时为止历史上第二个最年轻的诺贝尔奖获得者。
李政道在其他方面的重要工作还有：
1949年与M.罗森布拉斯和杨振宁合作提出普适费密弱作用和中间玻色子的存在。
1951年提出水力学中二维空间没有湍流。
1952年与D.派尼斯合作研究固体物理中极化子的构造。同年与杨振宁合作，提出统计物理中关于相变的杨振宁-李政道定理和李-杨单圆定理。

J. 大亚湾中微子实验的大亚湾实验的国际学术影响

由于科学意义重大，国际上先后有7个国家提出了8个实验方案，最终进入建设阶段的共有3个。中国科学院高能物理研究所的科研人员2003年提出设想，利用我国大亚湾核反应堆群产生的大量中微子，来寻找中微子的第三种振荡，并提出了实验和探测器设计的总体方案。
由于这一方案具有独特的地理优势和独到的设计，得到了国际上的广泛支持，目前汇集了来自中国大陆、美国、俄罗斯、捷克、中国香港和中国台湾等6个国家和地区的200多名科学家共同参与。
据介绍，大亚湾实验是一个中微子“消失”的实验，它通过分布在三个实验大厅的8个全同的探测器来获取数据。每个探测器为直径5米、高5米的圆柱形，装满透明的液体闪烁体，总重110吨。周围紧邻的核反应堆产生海量的电子反中微子，近点实验大厅中的探测器将会测量这些中微子的初始通量，而远点实验大厅的探测器将负责寻找预期中的通量减少。
在2011年12月24日至2012年2月17日的实验中，科研人员使用了6个中微子探测器，完成了实验数据的获取、质量检查、刻度、修正和数据分析。结果表明中微子第三种振荡几率为9.2%，误差为1.7%，从而首次发现了这种新的中微子振荡模式。
中科院高能所原所长陈和生院士认为，大亚湾实验发现的新中微子振荡，是目前世界上最好、最精确的中微子振荡测量结果，它为未来中微子研究指明了方向。
中国物理学会理事长、中科院副院长詹文龙院士高度评价大亚湾中微子实验取得的重大发现，支持中微子后续实验装置建造和项目推进，并希望大亚湾中微子实验项目进一步发展，成为下一代中国大型国际科学研究装置。
“大亚湾实验的结果具有极为重要的科学意义。它不仅使我们更深入了解了中微子的基本特性，也决定了我们是否能够进行下一代中微子实验，以了解宇宙中物质-反物质不对称现象，即宇宙中‘反物质消失之谜’。”中国高能物理学会理事长赵光达院士说。
2012年美国《科学》杂志评出十大科技进展 ， 大亚湾中微子合作项目位列其中。