我国第一代中微子实验装置没有放射性

⑴ 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。

⑵ 中国的科技有哪些是世界之最的

我国领先世界的科技有；
1、激光技术。我国激光技术世界第一，领先全世界15年。
2、超级稻及其他农作物杂交技术。超级稻被世界成为中国的第五大发明。
3、陶瓷技术。陶瓷技术是我国传统的领先技术。
4、反卫星武器技术。我国已经发明寄生星多年。现在开始向菲律宾的一颗商业卫星部署寄生星。寄生星只有中国才有，世界任何国家都没有研制出来。是我国镇国之宝。
5、建桥技术。我国是造桥王国，有“世界桥梁博物馆”的美称。杭州湾跨海大桥是世界上最长的桥，也是世界跨度最大的桥。
6、高原铁路建设技术。青藏铁路是世界高原铁路技术难度最大的技术。
7、巨型水电站建设技术。我国建设的三峡水利枢纽工程，代表世界水电技术的最高水平。
8、排灌机技术。安装在骆马湖的抽水机直径8米，计划再安装直径12米的机器。代表世界最高水平。
9、智能机器人技术。我国的水下螃蟹系统，是世界独有的。
10、汽垫船是我国发明的。当时为了保密，没有向全世界公布。
11、打水井技术。我国在西北能打世界最深的水井。
12、丝绸技术。丝绸是我国的传统技术。现在仍然世界领先。
13、治理沙漠技术。我国治理沙漠技术世界领先。
14、防治人畜瘟疫技术。我国在50--60年代已经基本消灭人畜瘟疫，当时和现在都是世界最高水平。
15、防治SAS病技术。我国防治SAS病技术世界第一水平。
还有一些小科技就不提了。

⑶ 少有人谈论的物理异常：中微子振荡带来的谜团-

中微子是亚原子世界的神秘幽灵，是唯一只与弱力相互作用的粒子（引力太小通常被忽略不计）。弱力也非常微弱，所以它很少与其他任何东西相互作用，它们大多都是穿过物质而不留下痕迹，因此经常被称为幽灵粒子。

虽然一开始我们只假设存在一种中微子，但事实证明存在三种不同的变体。一类中微子与电子有关称为电子中微子，另外两类中微子与电子的表亲μ子和τ子有关，因此它们被分别称为μ中微子和τ中微子。科学家用希腊字母ν来表示中微子，用下标来告诉我们它是什么中微子。

科学家发现存在不同风味的中微子的方式是，中微子似乎记得它们的起源。例如，1962年的一项实验创造了与μ子串联的中微子，如果随后一个中微子碰撞到原子核中，那么碰撞只会产生μ子，而不会产生电子或τ子。中微子记得它是如何制作的，这一观察也获得了1988年的诺贝尔物理学奖。

由于观察到的中微子具有不同的类型，科学家认为他们对中微子的理解已经相当完整了。然而，当他们继续研究时，中微子却给了他们惊喜。1964年，一位科学家想研究源自最大核反应堆——太阳的中微子。他知道中微子可以与氯相互作用并产生氩，他还知道中微子的相互作用非常微弱，因此他需要大力量的氯原子才能完成这个实验。于是他用四氯乙烯装满了泳池大小的实验装置，预计一周会产生十个氩原子。

然而，他没有找到预期的十个原子，他只观察到了三个。对此最简单的解释是测量错误，但许多后续实验重复了他的结果。这也就意味着，他探测到的中微子比预期的还要少，这被称为太阳中微子失踪之谜。

中微子的另一个来源是宇宙射线。来自宇宙深处的高能质子不断撞击大气层中的原子核，由此发生的强子衰变产生了大气中微子。根据理论计算，产生的每电子中微子与μ中微子的比例为1：2。但许多实验都观察到了不同的比例结果，μ中微子比实验预期的还要少或电子中微子比预期的还要多，这也被称为大气中微子问题。

在1950年代后期，意大利物理学家布鲁诺·庞特科尔沃假设不同风味的中微子可能会相互振荡。如果这个想法是真的，那么一束电子中微子可以逐渐变成μ中微子，然后又变回电子中微子。中微子振荡的第一个令人信服的证据出现在1998年，使用的是日本的超级神冈探测器实验，证实了中微子的身份会发生改变。中微子振荡能很好地解释上述两个谜题。在过去的20年内，科学家们利用粒子实验室制造的中微子束研究了中微子振荡，这些实验在理解中微子振荡方面取得了巨大的进展。

中微子的振荡也很奇怪，因为这只有在有质量的情况下才会发生，但我们不知道中微子的质量从何而来。其他基本粒子获得质量的方式是它们与希格斯玻色子耦合，但是这种机制需要粒子同时具有左手性和右手性，然后希格斯玻色子将它们耦合在一起。但是，到目前为止，我们只见过左手中微子，因此它与希格斯机制的关系尚不清楚，我们尚不知道它的质量从哪里来。

有两种想法可以解决这个问题。第一个想法假设右手中微子存在但非常重，所以我们还没看到它，因为创造它们需要大量的能量。第二个想法是假设中微子与其他自旋为1/2的粒子有所不同，它的左手版本和右手版本完全相同，这被称为马约拉纳粒子。但无论哪种方式，我们目前对中微子的理解都缺少一些东西。

⑷ 中微子的发现历程

中微子的发现来自19世纪末20世纪初对放射性的研究。研究者发现，在量子世界中，能量的吸收和发射是不连续的。不仅原子的光谱是不连续的，而且原子核中放出的阿尔法射线和伽马射线也是不连续的。这是由于原子核在不同能级间跃迁时释放的，是符合量子世界的规律的。奇怪的是，物质在β衰变过程中释放出的由电子组成的β射线的能谱却是连续的，而且电子只带走了总能量的一部分，还有一部分能量失踪了。物理学上著名的哥本哈根学派领袖尼尔斯·玻尔据此认为，β衰变过程中能量守恒定律失效。
1930年，奥地利物理学家泡利提出了一个假说，认为在β衰变过程中，除了电子之外，同时还有一种静止质量为零、电中性、与光子有所不同的新粒子放射出去，带走了另一部分能量，因此出现了能量亏损。这种粒子与物质的相互作用极弱，以至仪器很难探测得到。未知粒子、电子和反冲核的能量总和是一个确定值，能量守恒仍然成立，只是这种未知粒子与电子之间能量分配比例可以变化而已。1931年春，国际核物理会议在罗马召开，与会者中有海森堡、泡利、居里夫人等，泡利在会上提出了这一理论。当时泡利将这种粒子命名为“中子”，最初他以为这种粒子原来就存在于原子核中，1931年，泡利在美国物理学会的一场讨论会中提出，这种粒子不是原来就存在于原子核中，而是衰变产生的。泡利预言的这个窃走能量的“小偷”就是中微子。1932年真正的中子被发现后，意大利物理学家费米将泡利的“中子”正名为“中微子”。
1933年，意大利物理学家费米提出了β衰变的定量理论，指出自然界中除了已知的引力和电磁力以外，还有第三种相互作用—弱相互作用。β衰变就是核内一个中子通过弱相互作用衰变成一个电子、一个质子和一个中微子。他的理论定量地描述了β射线能谱连续和β衰变半衰期的规律，β能谱连续之谜终于解开了。
美国物理学家柯万（Cowan）和莱因斯（Reines）等第一次通过实验直接探测到了中微子 。他们的实验实际上探测的是核反应堆β衰变发射的电子和反中微子，该电子反中微子与氢原子核（即质子）发生反β衰变，在探测器里形成有特定强度和时间关联的快、慢信号，从而实现对中微子的观测。他们的发现于1995年获得诺贝尔物理学奖 。
1956年，美国莱因斯和柯万在实验中直接观测到中微子，莱因斯获1995年诺贝尔奖。
1962年，美国莱德曼，舒瓦茨，斯坦伯格发现第二种中微子——μ中微子，获1988年诺贝尔奖。
1968年，美国戴维斯发现太阳中微子失踪，获2002年诺贝尔奖。
1985年，日本神岗实验和美国IMB实验发现大气中微子反常现象。
1987年，日本神岗实验和美国IMB实验观测到超新星中微子。日本小柴昌俊获2002年诺贝尔奖。
1989年，欧洲核子研究中心证明存在且只存在三种中微子。
1995年，美国LSND实验发现可能存在第四种中微子——惰性中微子。
1998年，日本超级神岗实验以确凿证据发现中微子振荡现象。日本梶田隆章获2015年诺贝尔奖。
2000年，美国费米实验室发现第三种中微子，τ中微子。
2001年，加拿大SNO实验证实失踪的太阳中微子转换成了其它中微子。最早提出建设思路的是华裔物理学家陈华生博士Herbert H. Chen（美国普林斯顿大学理论物理博士学位，加州大学欧文分校物理学家） 。加拿大阿瑟·麦克唐纳获2015年诺贝尔奖。
2002年，日本KamLAND实验用反应堆证实太阳中微子振荡。
2003年，日本K2K实验用加速器证实大气中微子振荡。
2006年，美国MINOS实验进一步用加速器证实大气中微子振荡。
2007年，美国费米实验室MiniBooNE实验否定了LSND实验的结果。 粒子物理的研究结果表明，构成物质世界的最基本的粒子有12种，包括了6种夸克（上、下、奇、粲、底、顶，每种夸克有三种色，还有以上所述夸克的反夸克），3种带电轻子（电子、μ子和τ子）和3种中微子（电子中微子，μ中微子和τ中微子）而每一种中微子都有与其相对应的反物质。中微子是1930年奥地利物理学家泡利为了解释β衰变中能量似乎不守恒而提出的，1933年正式命名为中微子，1956年才被观测到。
中微子 是一种基本粒子，不带电，质量极小，与其他物质的相互作用十分微弱，在自然界广泛存在。太阳内部核反应产生大量中微子，每秒钟通过我们眼睛的中微子数以十亿计。

⑸ 1光年厚的铅板都不一定挡得住中微子，中微子为何穿透力那么强

宇宙通常被认为是 时间、空间和物质 全部的总称，还包含了各种各样复杂的能量以及影响这些能量和物质的物理上的定律。

现在的很多人都认为宇宙是来自于一场 大爆炸 ，大概发生在 137亿年 左右的样子，经过了漫长的时间才演变成了如今复杂而摧残的宇宙空间。

宇宙到底有多大，人类目前并没有一个较为准确的说法，根据当前的科学水平来说，人类可以测量到的宇宙的直径大约为 930亿光年 ， 1光年指的就是光在真空的环境下沿着直线行走一年的距离单位。

因为无法看到可观测边界之外的空间，人类也无法知道宇宙到底是有限的，还是无穷无尽的。有些科学家估测，若是宇宙有边界，那么大小一定是在我们已经观测到的范围的 250倍 以上，大概是超过 23万亿光年 的直径。

可以想象，宇宙的大小可谓是无穷无尽，哪怕人类研究出了光年移速的宇宙飞船，想要试图跨越宇宙，也要上千亿年，足够人类从碳基生物进化成另外一种生物了。

甚至是对于宇宙本身而言，人类不管有多努力，也不过相当于身体上的一只无法引起注意的微生物罢了。

通过对宇宙长达几十年的观察和研究，天文学家们得出了宇宙中只有 5% 的普通物质，其他则分别是 68% 的驱动宇宙运动的 暗能量 ，以及 26.8% 的如同胶水一样粘合所有物质的 暗物质 ，而除了普通物质，这些对宇宙有着重要作用的暗物质和暗能量都无法被人类监测到。

同时宇宙中的物质大多是由 粒子 构成，而其中数量最多的粒子，当属 中微子 ，并且 中微子还在宇宙的起源和演化中起着非常重要的作用。

然而中微子虽然充斥着宇宙，但因为与其他物质的相互作用尤其弱，也 很难被科学家们探测到。

由于19世纪20年代人们研究放射性时，发现了物质在 β衰变 过程中，电子带走了一部分的能量，可科学家却始终无法发现这些失踪的能量去了什么地方。

1930年，一名物理学家 泡利 根据“ 能量守恒 ”的定律，提出了还存在未知粒子的假说，并在第二年将其命名为“中微子”，认为它是在 原子核 当中。

然而这些还只是一种假设，直到20多年以后，1956年，美国科学家们才在一次实验中成功观测到了中微子的存在。因为中微子的神秘和探测难度大，人们也将它叫做是“ 鬼微子 ”和 宇宙“隐身人” 。

然而中微子只参与非常微弱的弱相互作用，在 100亿个 中微子里，才会有那么一个比较积极的，能够“愿意”与其他物质发生反应。

也正是因为如此，尽管中微子除了宇宙大爆炸的残留，还产生在宇宙和地球的很多活动中，比如 核裂变、核聚变、超新星爆发 等过程，以及人类活动中的核反应堆发电等也会产生中微子，然而 人们对中微子的了解是基础粒子中最少的，发现的时间也很晚。

通过现代对于中微子的研究，我们能够发现中微子有三种，即 电子型中微子、μ型中微子和τ型中微子 ，并且还都有相同的中微子 反粒子 。

1998年，当时的科学家们通过实验，证明了 中微子能够变成另外一种中微子， 不仅证明了 振荡现象 ，还打破了当时人们以为的中微子几乎没有质量的认识，间接反映了 中微子本身拥有着极其微小的质量， 对粒子物理和天体物理等都有着非常重要的影响，中微子也远超粒子物理的范畴。

中微子还有一个非常惊人的特点，即—— 穿透力 。事实上，我们身处在地球之中，而中微子能够毫无阻碍地 穿越地球 ，甚至每一秒，人类的体内就会穿过 10万亿个 中微子，然而我们根本无法感知到这个恐怖的被亿万个粒子穿越的事情。

因为中微子很难与其他物质发生反应，如同雁过不留痕，哪怕肆无忌惮地穿行宇宙，也无法被人们所发现。就算是在宇宙中， 假设一个中微子在宇宙行走1亿光年，也只会有一半的概率才会发生反应。

并且恒星核聚变产生的光子和中微子，光子也跑不过中微子，太阳系的光子从核心到达表面要经历 14万年 的漫长时间，遭到无数的阻拦，才能够磕磕碰碰地逃出太阳， 中微子却不受任何的限制和约束，几秒的时间就能跑出来。 这些都说明了中微子极强的穿透力。

这其实与宇宙中的四种基本作用力也有着很大的关系，即 原子核层面的作用力核力，同样也被叫做是强力、弱力， 以及在我们的生活中时常都会接触到的 引力和电磁力 。

根据基本作用力的强度来比较，其中 强力是最大的，引力则是最小的 ，粒子构成物质也就是依靠着这种作用力。人类通常是根据 电磁力 来观测粒子，但是中微子并不理会电磁力，并且受到引力的影响非常小，也是为什么中微子的穿透力如此强大的原因之一。

因为从微观的角度来讲， 构成物质的粒子与粒子之间其实有着非常大的空隙。 比如一个原子，原子核的质量非常大，几乎是整个原子质量，但是原子核的大小却非常小。

假设原子的直径经过放大能有地球那么大，原子核在其中就只是沧海一粟，相当于一栋高楼，电子就更小了，如同鸡蛋的大小。就算是把原子核外面的电子全部都放进这栋大楼中，加起来也仅仅只有 20余米 。

中微子只会与物质发生弱相互作用力， 但是这种作用距离过于短，而且仅仅存在于原子核里面的夸克上面，如果要发生反应，那么只有当中微子非常巧合地撞在原子核的夸克怀里的时候。

然而上面也说了，中微子和夸克本身也都非常小，假设中微子直径能有1毫米，那么夸克只有10厘米，但是原子核却比它们大了无数倍，是 10000千米 ，可以想象，这个“巧合”到底有多么难以发生。

这些都说明了在微观的世界里，我们人类眼中的一切物质，对于质量非常小的中微子来说，全都是遍布缝隙的“破筛子”，而且中微子因为本身并不带电，速度接近于光速，也很难发生相互作用，因此穿越地球和人类也不过简简单单，轻轻松松。

金属铅 一般被人类认为是 防辐射 的材料。通常来说，是否能够防辐射需要考虑 原子序数和物质密度 两个条件。但是越大的原子序数不说它自己就有放射性，数量也很稀少，生成环境还很难，成本极高。

铅的原子序数就相对来说比较高，而且没有放射性的存在，同时 密度为11.3克/立方厘米， 比它密度高的一般都较为昂贵，不适合用来充当防辐射的物质。

虽然铅的密度很大，1光年的铅板也有一定的厚度和引力，但是中微子在穿过大量铅原子构成的钢板时，缝隙依旧非常巨大，一个中微子只要没有傻愣愣地刚好撞上夸克，就可以一直不停，直到穿过这1光年的距离。

因此 1光年厚的铅板不一定能够阻拦中微子，只有5光年的厚度，铅板才能有足够的力量阻挡中微子的运动。

根据推算，每一秒的时间里，每一平方厘米的地表就会被 600亿个中微子 穿过。那么人类是否会受到中微子的影响呢？

实际上人类基本随时都处在中微子的“汪洋大海”之中， 每一分每一秒都被无数的中微子穿过， 并且这并非是短时间的，而可能是从古至今，从宇宙诞生开始就开始发生的，就如同空气一样对于人类身体而言是极其普遍和常见的存在。因此， 中微子对人类本身并没有什么影响。

但是 如果人类能够抓住中微子，掌握利用中微子的方法和技术，则将对人类的 科技 发展产生巨大的推动促进。

比如在 通信 方面，目前我们经常使用到的 电磁波 由于只能直线传送，而地球是个球状星球，电磁波并不能穿过表面，甚至地表的一些建筑物和地形还会阻拦电磁波的路线，因此 它只能通过卫星和地面站的连接，才能在远距离收到信息。

而中微子能够肆无忌惮穿行地球，并且耗损非常小，在南美洲使用高能加速器产生中微子，接近光速的速度会在极快的时间内直接到达地球的另一边的北京。

美国科学家已经 成功实现了中微子的通讯 ，并且无法被拦截和破解，如果对这个功能加以利用，就能 节约非常大制造卫星和地面站的成本， 将在未来高速发展的信息化时代占据至关重要的地位和巨大的优势。

科学们对于中微子的研究还 有助于探清世界的真相， 对揭示 物质的诞生和反物质世界的消失 具有着极大的作用。

为了寻找宇宙的超高能中微子，科学家们还利用了中微子只参与弱相互作用的特点，建造了一个有着 5万吨纯水 的 超级中微子探测器， 以便观察中微子。

我国在2008年也提出了中微子相关的实验，并且也希望找到一种全新的衰变，确定反中微子到底是不同的粒子，还是中微子本身。

如果想要完成这项实验，需要超高的难度，比如 建设巨大的探测器和20000吨液体闪烁体 。除此之外，还需要能够 将光子转化为电子 ，再 放大10的7次方倍 的光电倍增管，这个设备在当时还需要从国外进口，价钱也非常昂贵，需要投入巨大的成本。

其实早在20世纪60年代的时候我们也曾经拥有过 光电倍增管 的工厂，只是在90年代被被市场淘汰了，我国经过了多年的研究，终于拥有了较低成本的光电倍增管，也将成功开始对中微子的研究。

早在宇宙诞生之初， 大爆发的发生就在第一时间产生出了大量的中微子 ，这些神秘的粒子比光子更能体现 宇宙的起源、演化和整个世界的形成 。

事实证明，人类对于宇宙的了解和 探索 还远远不够。我们距离发现中微子过去了不到百年的时间，虽然有所进展，却依然还不够。

科学家们也在不断地研究中微子，试图发现其中蕴藏的奥秘，破解宇宙的真相，在他们看来，研究中微子的本身要重要于它本身的利用价值和实用性。相信在不久的未来，我国必将掌握中微子的技术，实现经济和 科技 的又一个大飞跃。

⑹ 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。

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(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）

⑺ “加速”40年：记世界最大实验室的三代中国人

1978年6月16日，瑞士日内瓦，欧洲核子研究中心。寻常的一天，来了一位不寻常的访客——中国“两弹元勋”之一、著名核物理学家钱三强。

幽长的地下环形隧道内，粒子加速飞奔，“撞”出宇宙起源的奥秘。巨型加速器前，钱三强驻足凝思。

1978年6月16日，中国“两弹元勋”之一、著名核物理学家钱三强（左）在瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心参观地下环形隧道的资料照片。新华社发

那一天点燃的“星星之火”，在之后的40年里，在一代代中国访问学者的手中薪火相传，中国的高能物理研究也在开放的大道上“加速”奔向未来。

从零到一：一场“加速”运动

方圆几十公里的园区，横跨法国和瑞士两国的地下隧道，从未见过的巨型机器，五湖四海的外国人，发人深思的哲学格言……

中国科学院高能物理所研究员刘振安40年前没想过，作为一个农家子弟，他有一天会走进欧洲核子中心，“仿佛踏上了另一个星球”。

个人命运转折的一大步，源自中国科研前进的一大步。

“必须承认自己落后……老老实实地、虚心地学习一切先进的科学技术。”1977年，邓小平会见来访的欧洲核子中心总主任阿达姆斯时说。

中国经济不发达，为何看重投入大、收效慢的基础研究？对阿达姆斯的问题，邓小平的回答简短而坚定：“这是从长远发展的利益着眼，得看高一点，看远一点，不能只看到眼前。”

这番问答促成了一年后钱三强率团访欧，与阿达姆斯探讨未来合作，打开了40年合作的大门。

北京大学教授钱思进的资料照片。新华社发

“当时中国一直没有大型高能粒子物理实验设施，世界最主要的粒子物理中心一个在美国芝加哥附近，一个在欧洲日内瓦附近。”与欧洲核子中心打了30年交道的北京大学教授钱思进回忆。

“我父亲和科学院代表团当天的访问达成了几个协议，中方可以派理论家小组和加速器专家访问，还建立了一套机制，开始系统地交流。土木工程、理论物理、材料等领域专家此后分期而至。”

作为恢复高考后最早一批大学生，刘振安等人的命运因为改革开放、因为“科学的春天”，也因为钱三强和科学院代表团的这次访问，与8000公里外的欧洲核子中心结缘。

生活上的艰苦尚能克服，科研上的差距才最让他们在意。“因为双方科研水平差距太大，外方根本不让、我们自身也没有足够实力去接触别人的核心技术，只能放低姿态向人学习。”

在欧洲，一批批中国学者纷至沓来；在中国，一批批科研人才学成归国，高能物理实验装置从无到有。

从小到大、由弱到强，中国高能物理就这样开始“加速”。

厚积薄发：从“做小事”到“干大事”

历史 的峰回路转中，总有一些东西一脉相承。

危机意识、竞争意识，深入欧洲核子中心工作的所有中国科研人员的骨髓。

他们刻苦好学、不舍昼夜。初来乍到，做不了大实验、搞不了深研究，谁会把任务分给从没碰过仪器、外语不够好的中国人呢？现在中国科学技术大学工作的中科院院士赵政国回忆。

“我们不怕‘小’，哪怕你给我一个‘螺丝钉’大小的项目，我也把它做好。”刘振安说。

“一开始完全是跟人家学习，后来开始做项目，再小也要拿下来、独立做，一点一点积累经验，得到认可，再接手大一点的项目。”

时光荏苒。50后、60后鬓霜渐染，70后、80后继往开来。

“书本知识大家都差不多，但一开始我们还是有点不自信，因为许多东西是你没见过的。”在中科院高能物理研究所工作的80后副研究员钱森说。他2005年被派到欧洲核子中心，参与大型强子对撞机四大探测器之一的CMS探测器的安装与检测。

这是在瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心拍摄的中科院高能物理研究所80后副研究员钱森的资料照片。新华社发

与前辈们一样，不服输的精神在年轻人血液里流淌。“尽管是以学生的身份去，但有时候一些小实验项目，自主权完全给我们。我们必须学习自我管理。”钱森说。

从小事做起，一批批中国人夯实了科研的基础，也赢得了外方的认可。

“2000年左右，核子中心探测器的设计我们是没法参加的，因为人家都设计好了，我们只是参与探测器的建造和性能测试，”钱森说，“现在，我们已经可以参加设计，而且可以提方案来设计建造中国自己的大型加速器和探测器。”

高能物理研究者把他们的工作比作“打碎鸡蛋”——要研究物质的起源，就要搞清楚粒子的内部是什么，就好像一个孩子要把鸡蛋打碎，才知道里面是什么，而打碎粒子，需要高能量、高速度的粒子对撞。

学有所好，学有所成，学有所用。

回到中国后，老一代科研人员成就斐然。赵政国团队将对粒子研究有重要意义的R值的测量精度提高了2至3倍；2008年，CMS实验的触发系统采用了刘振安团队负责设计和制造的设备，中国人从“组装工”变成了“设计师”。

年青一代也逐渐发力。80后高能所研究员陈明水参与寻找“上帝粒子”，得出更有说服力的结果。2017年，他在几千人中脱颖而出，获得CMS国际合作组“年轻研究者奖”。

“早期跟着人家做小事情，通过学习，我们已逐步过渡到做大事情！”刘振安说。

不负芳华：中国科研正青春

40年对一个人很长，但对于奋发向上的中国科研群体，正值青春年华。24岁去欧洲核子中心工作的90后博士生李秉桓，是该中心最年轻的中国科研人员之一。

24岁去欧洲核子中心工作的90后博士生李秉桓的资料照片。

比拼劲，这个大男孩丝毫不输给前辈们。今年初刚回国，就一猛子扎向了CMS关键部件的制作中。

他指着身后设备上的硅片探测元件说：“这是为CMS制作的关键部件，我们自己的设备以后也可能用到，所以要夜以继日。”

斗转星移40年，在高能物理、大科学平台建设及应用方面，中国的设施开始比肩世界：大亚湾中微子实验项目确认了新的中微子振荡模式；东莞散裂中子源，是世界四大脉冲式散裂中子源之一；正计划在北京启动建设的高能同步辐射光源，将是世界上最亮同步辐射光源……

同样面对世界上最大实验装置，李秉桓有了更大的“野心”：“欧洲因为建成大型强子对撞机，取代美国成为全球高能物理领域的研究中心。我的梦想是将来我们能建成自己的大型科研装置，吸引全世界的科研人才来中国搞研究。”

高能物理40年，从力图“占有一席之地”到憧憬“对人类 社会 有深刻影响的发明和发现”，中国科学家用奋斗写下自己与国家的“未来简史”。

这也是中国 科技 发展的缩影——在开放中不断创新，在改革中加速向前。

⑻ 中微子到底是真是假

中微子看不见也摸不着，但真实存在

因为中微子不带电，不受电磁力影响，质量近乎零，几乎不受引力影响（且本引力本身极微弱，仅占四大作用力的10^-40,根本抓不住中微子）也完全不参与强作用力,不受宇宙中主要粒子-强子影响,且又以几乎光速运动,所以可以穿过世界上任何物体。

要探测中微子需将中微子探测器放在地底深处或南极冰层中,如此可以捕获微量中微子

正反中微子-模型图

图中＋－号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特（qubit）

（名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源于比特 It from bit

量子信息研究兴盛后,此概念升华为，万物源于量子比特）

注：位元即比特

⑼ 中微子的研究过程

1930年，奥地利物理学家泡利提出存在中微子的假设。1956年，柯温（C.L.Cowan）和弗雷德里克·莱因斯利用核反应堆产物的β衰变产生反中微子，观测到了中微子诱发的反应：
这是第一次从实验上得到中微子存在的证据。
泡利的中微子假说和费米的β衰变理论虽然逐渐被人们接受，但终究还蒙上了一层迷雾：谁也没有见到中微子。就连泡利本人也曾说过，中微子是永远测不到的。在泡利提出中微子假说的时候，我国物理学家王淦昌正在德国柏林大学读研究生，直到回国，他还一直关心着β衰变和检验中微子的实验。1941年，王淦昌写了一篇题为《关于探测中微子的一个建议》的文章，发表在次年美国的《物理评论》杂志上。1942年6月，该刊发表了美国物理学家艾伦根据王淦昌方案作的实验结果，证实了中微子的存在，这是这一年中世界物理学界的一件大事。但当时的实验不是非常成功，直到1952年，艾伦与罗德巴克合作，才第一次成功地完成了实验，同一年，戴维斯也实现了王淦昌的建议，并最终证明中微子不是几个而是一个。
在电子俘获试验证实了中微子的存在以后，进一步的工作就是测量中微子与质子相互作用引起的反应，直接探测中微子。由于中微子与物质相互作用极弱，这种实验是非常困难的。直到1956年，这项实验才由美国物理学家弗雷德里克·莱因斯完成。首先实验需要一个强中微子源，核反应堆就是合适的源。这是由于核燃料吸收中子后会发生裂变，分裂成碎片时又放出中子，从而使其再次裂变。裂变碎片大多是β放射性的，反应堆中有大量裂变碎片，因此它不仅是强大的中子源，也是一个强大的中微子源。因为中微子反应几率很小，要求用大量的靶核，莱因斯选用氢核（质子）作靶核，使用了两个装有氯化镉溶液的容器，夹在三个液体闪烁计数器中。这种闪烁液体是是一种在射线下能发出荧光的液体，每来一个射线就发出一次荧光。由于中微子与构成原子核的质子碰撞时发出的明显的频闪很有特异性，从而证实了中微子的存在。为此，他与发现轻子的美国物理学家马丁·珀尔分享了1995年诺贝尔物理学奖。
理论上讲，中微子的假设非常成功，但要观察它的存在却非常困难。由于它的质量小又不带电荷，与其它粒子间的相互作用非常弱，因而很难探测它的存在。1953年，美国洛斯阿拉莫斯科学实验室的物理学家莱因斯和柯万领导的物理学小组着手进行这种艰难的寻觅。1956年，他们在美国原子能委员会所属的佐治亚州萨凡纳河的一个大型裂变反应堆进行探测，终于探测到反中微子。
1962年又发现另一种反中微子。在泡利提出中微子假说以后，经过26年，人们才第一次捕捉到了中微子，也打破了泡利本人认为中微子永远观测不到的悲观观点。
中微子是哪一味？
每一种中微子都对应一种带电的轻子——电子中微子对应电子，μ中微子对应μ子，同理，τ（希腊字母，普通话念“涛”）中微子对应τ子。
电子中微子
电子与原子相互作用，将能量一下子释放出来，会照亮一个接近球形的区域。
μ中微子
μ子不像电子那样擅长相互作用，它会在冰中穿行至少1千米，产生一个光锥。
τ中微子
τ子会迅速衰变，它的出现和消失会产生两个光球，被称为“双爆”。 为了研究中微子的性质，各国建造了大量探测设施，比较著名的有日本神冈町的地下中微子探测装置、意大利的“宏观”、俄罗斯在贝加尔湖建造的水下中微子探测设施以及美国在南极地区建造的中微子观测装置。
1994年，美国威斯康星大学和加利福尼亚大学的科学家在南极冰原以下800米深处安装辐射探测器，以观测来自宇宙射线中的中微子。使用南极冰原作为探测器的安置场所，是因为冰不产生自然辐射，不会对探测效果产生影响。此外，把探测器埋到深处，是为了过滤掉宇宙中除了中微子之外的其他辐射。
宇宙中微子的产生有几种方式。一种是原生的，在宇宙大爆炸产生，现在为温度很低的宇宙背景中微子。第二种是超新星爆发巨型天体活动中，在引力坍缩过程中，由质子和电子合并成中子过程中产生出来的，SN1987A中微子就是这一类。第三种是在太阳这一类恒星上，通过轻核反应产生的十几MeV以下的中微子。第四种是高能宇宙线粒子射到大气层，与其中的原子核发生核反应，产生π、K介子，这些介子再衰变产生中微子，这种中微子叫“大气中微子”。五是宇宙线中高能质子与宇宙微波背景辐射的光子碰撞产生π介子，这个过程叫“光致π介子”， π介子衰变产生高能中微子，这种中微子能量极高。第六种是宇宙线高能质子打在星体云或星际介质的原子核上产生核反应生成的介子衰变为中微子，特别在一些中子星、脉冲星等星体上可以产生这种中微子。第七种是地球上的物质自发或诱发裂变产物β衰变产生的中微子，这类中微子是很少的。
泡利提出中微子假说时，还不知道中微子有没有质量，只知道即使有质量也是很小的，因为电子的最大能量与衰变时放出的总能量很接近，此时中微子带走的能量就是它的静止能量，只能是很小的。1998年6月，日本科学家宣布他们的超级神冈中微子探测装置掌握了足够的实验证据说明中微子具有静止质量，这一发现引起广泛关注。来自24个国家的350多名高能物理学家云集日本中部岐阜县的小镇神冈町，希望亲眼目睹实验过程。美国哈佛大学理论物理学家谢尔登·格拉休指出：“这是最近几十年来粒子物理领域最重要的发现之一。”
超级神冈探测器主要用来研究太阳中微子。太阳是地球上所有生命的源泉，也是地球表面最主要的能量来源。事实 上，到达地球太阳光热辐射总功率大约是170万亿千瓦，只占太阳总辐射量的22亿分之一。爱因斯坦相对论的质能关系式使人们了解了核能，而太阳正是靠着核反应才可以长期辐射出巨大能量，这就是太阳能源的来源。在太阳上质子聚变和其他一些轻核反应的过程中不仅释放出能量，而且发射出中微子。人们利用电子学方法或者放射化学的方法探测中微子。1968年，戴维斯发现探测到的太阳中微子比标准太阳模型的计算值少得多。科学还无法解释太阳中微子的失踪之谜，也许是因为中微子还有许多我们不了解的性质。
这个探测装置由来自日本和美国的约120名研究人员共同维护。他们在神冈町地下一公里深处废弃的锌矿坑中设置了一个巨大水池，装有5万吨水，周围放置了1.3万个光电倍增管探测器。当中微子通过这个水槽时，由于水中氢原子核的数目极其巨大，两者发生撞击的几率相当高。碰撞发生时产生的光子被周围的光电倍增管捕获、放大，并通过转换器变成数字信号送入计算机，供科学家们分析。
已经确认的有三种中微子：电子中微子、μ（缪子）中微子和τ（陶子）中微子。日本科学家设计的这个装置主要是用来探测宇宙射线与地面上空20公里处的大气层中各种粒子发生碰撞产生的缪子中微子。研究人员在6月12日出版的美国《科学》杂志上报告说，他们在535天的观测中捕获了256个从大气层进入水槽的μ中微子，只有理论值的百分之六十；在实验地背面的大气层中产生、穿过地球来到观测装置的中微子有139个，只剩下理论值的一半。他们据此推断，中微子在通过大气和穿过地球时，一部分发生了振荡现象，即从一种形态转为另一种，变为检测不到的τ中微子。根据量子物理的法则，粒子之间的相互转化只有在其具有静止质量的情况下才有可能发生。其结论不言而喻：中微子具有静止质量。研究人员指出，这个实验结果在统计上的置信度达到百分之九十九点九九以上。
这个实验不能给出中微子的准确质量，只能给出这两种中微子的质量平均值之差－－大约是电子质量的一千万分之一，这也是中微子质量的下限。中微子具有质量的意义却不可忽视。一是如前所述，由于宇宙中中微子的数量极其巨大，其总质量也就非常惊人。二是在现有的量子物理框架中，科学家用假设没有质量的中微子来解释粒子的电弱作用；因此如果它有质量，目前在理论物理中最前沿的大统一理论模型（一种试图把粒子间四种基本作用中的三种统一起来的理论）就需要重建。 从19世纪末的三大发现至今，已经过去了100年。在这一个世纪，科学技术飞速发展，人类对自然有了进一步的认识。但是仍有许多自然之谜等着人们去解决。其中牵动全局的问题是粒子物理的标准模型能否突破？如何突破？中微子正是有希望的突破口之一。
中微子是一门与粒子物理、核物理以及天体物理的基本问题息息相关的新兴分支科学，人类已经认识了中微子的许多性质及运动、变化规律，但是仍有许多谜团尚未解开。中微子的质量问题到底是怎么回事？中微子有没有磁矩？有没有右旋的中微子与左旋的反中微子？有没有重中微子？太阳中微子的强度有没有周期性变化？宇宙背景中微子怎样探测？它在暗物质中占什么地位？恒星内部、银河系核心、超新星爆发过程、类星体、极远处和极早期宇宙有什么奥秘？ 这些谜正点是将微观世界与宇观世界联系起来的重要环节。对中微子的研究不仅在高能物理和天体物理中具有重要意义，在我的日常生活中也有现实意义。人类认识客观世界的目的是为了更自觉地改造世界。我们应充分利用在研究中微子物理的过程中发展起来的实验技术和中间成果，使其转化成生产力造福人类，而中微子本身也有可能在21世纪得到应用。 其中可能的应用之一就是中微子通讯。由于地球是球面，加上表面建筑物、地形的遮挡，电磁波长距离传送要通过通讯卫星和地面站。而中微子可以直透地球，它在穿过地球时损耗很小，用高能加速器产生10亿电子伏特的中微子穿过地球时只衰减千分之一，因此从南美洲可以使用中微子束穿过地球直接传至北京。将中微子束加以调制，就可以使其包含有用信息，在地球上任意两点进行通讯联系，无需昂贵而复杂的卫星或微波站。
应用之二是中微子地球断层扫描，即地层CT。中微子与物质相互作用截面随中微子能量的提高而增加，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”，类似于地震法勘探，可对深层地层也进行勘探，将地层一层一层地扫描。

⑽ 中微子实验有了新目标

来源:海外网

4个中微子探测器安装在巨大的水池中。中国科学院高能物理研究所供图

大亚湾中微子实验3号实验厅，位于山腹之中，上面是360米的岩石层。

2020年12月12日，中科院院士、中科院高能物理研究所所长王贻芳在这里的实验控制屏前按下停止按钮，并宣布：“大亚湾反应堆中微子实验（以下简称“大亚湾实验”）圆满完成科学任务，正式退役！”

从2011年12月24日大亚湾实验三个实验厅同时运行开始，至此，大亚湾实验共运行了3275天。

首次发现中微子的第三种振荡模式

这一年3月，王贻芳领衔的大亚湾实验团队宣布，历时6年的大亚湾实验取得了重大突破——首次发现了中微子的第三种振荡模式，并精确测量到其振荡概率。这项成果在国际高能物理界引起热烈反响，被誉为“开启了未来中微子物理发展的大门”。

同年底，该成果入选美国《科学》杂志2012年度十大科学突破，此后，王贻芳和团队获得了累累殊荣，其中包括被称为科学界“第一巨奖”的基础物理学突破奖。

构成物质世界的12种基本粒子中，中微子就占了1/3，它在宇宙中广泛存在。由于它几乎不跟任何物质发生作用，不容易被捕捉到，因此也成为人类迄今为止了解最少的一种基本粒子。

“然而，了解中微子非常重要，对它的认识和研究将有助于揭开宇宙演变的诸多奥秘。”王贻芳说。

根据“大爆炸”理论，宇宙在诞生之时，物质与反物质应该是等量产生的。但在过去的近百年里，人类在可观测到的宇宙范围内，一直没有发现宇宙中有大量反物质存在的迹象。截至目前，科学家们认为，反物质已经消失了。那反物质到底去哪儿了？这是宇宙起源和演化中的一个重大谜团，而中微子振荡或许是解开这个谜团的钥匙。

要解开这个谜团，中微子混合参数θ13数值的测量是必须跨越的一步。

王贻芳说：“中微子混合参数总共有6个，以前已经有3个半被测出了。只有对混合参数θ13完成测量之后，科学家才能进行下一步工作。”

2003年冬天，当时还是中国科学院高能物理研究所一名普通研究员的王贻芳注意到，利用反应堆中微子来测θ13已成为国际热点，多个外国团队正打算进行同类实验。

“中国绝不能错失这次机会，应该积极参与其中。”同年，王贻芳便提出实验方案，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，并和同事们设计出了实验装置。此后，经过多方奔走呼吁，2006年，大亚湾实验项目获准立项，成为当时我国基础科学领域最大的国际合作项目。

要捕捉到来无影去无踪的中微子，探测器要足够大和足够灵敏，同时还必须不被宇宙线影响。因此，世界各国的中微子探测器大多建在地下，用厚重的岩层来屏蔽宇宙中各种高能粒子的影响。大亚湾实验也不例外，3个实验大厅，均位于山腹内，由水平隧道相连，上面是厚达几百米的岩石层。

由于绝佳的实验设计方案，起初并不被国内外同行看好的王贻芳团队，在大亚湾实验建成运行后，仅用了55天时间，便发现了一种新的中微子振荡模式，并精确测量了混合参数θ13。

此后，大亚湾实验基于持续累积的统计量和分析技术的改进，不断更新θ13的测量结果，一直保持世界最高精度。

“在可以预见的未来，大亚湾实验的测量精度也不会被其他实验超越。”王贻芳笃定地说。

为何要在此时选择退役

运行近十年，大亚湾实验硕果累累。

2013年，完成了中微子能谱分析研究，进而首次直接测量了与反应堆中微子振荡相关的质量平方差。

2016年，精确测量了反应堆中微子能谱，发现与理论模型存在两种偏差……

在外界看来，成果频出的大亚湾实验项目正当壮年。为何要在此时按下停止键？

对此，王贻芳的回答是：“以前设定的科学目标已经都实现了，继续运行很大程度上是为了提高测量精度，但如果精度不能再进一步提高，继续运行就没有任何意义。”

大亚湾实验的设计方案在2003年就提出了，距今已有17年。

“当年设计时，我们就是按当时可能实现的最高精度来设计的。今天如果让我们再重新设计，仍然无法做到再提高精度，因为已经到极限了。”王贻芳说。

除了一系列重大科学发现外，大亚湾反应堆中微子实验还为我国培养了一大批青年科研人才。中科院高能物理研究所研究员温良剑就是其中之一，12月12日这天，他也在仪式现场，和大家一起见证了大亚湾实验的退役时刻。

当装有探测器的水池盖完全打开后，温良剑为观看直播的观众讲解了探测器捕获中微子的过程。

“水池中的4个圆柱形钢罐，就是探测中微子的中心探测器，每个直径5米，高5米，里面装有液体闪烁体，重110吨。”温良剑说，“中微子在探测器内发生反应后能够激发液体闪烁体，产生微弱的闪烁光。光电倍增管探测到闪烁光，将它转换成电信号，这样我们就探测到了中微子。”

这样装有探测器的水池，在大亚湾中微子实验室总共有3个，打开其中之一的盖子仅仅是完成了实验装置撤除的第一步。

中科院高能物理研究所研究员曹俊介绍：“在接下来的6个月中，我们将把纯净水放空，然后把每个中心探测器打开，一层层撤除里面的部件。有些器件将会被其他实验再利用，比如正在建设中的江门中微子实验等，有些部件和材料则会进行无害化处理。”

此外，1号实验厅将被改造成大亚湾中微子实验的科普展馆，继续供大家参观。

温良剑说：“实验虽然停止运行了，但实验数据物理分析还要做两到三年左右，后续几年还会有重要成果陆续出来。”

新实验瞄准“中微子质量顺序测量”

就在大亚湾实验宣布退役之际，同在广东省的江门中微子实验（以下简称江门实验）正在如火如荼的建设当中。

在江门市西南部的打石山中，大亚湾实验原团队打算造一个全世界最大的液体闪烁体探测器来继续捕捉中微子。这个探测器的主体是一个12层楼高的有机玻璃球，里面盛装2万吨液体闪烁体。这是迄今为止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，分辨率提高一倍。”王贻芳说。

大亚湾实验结果公布之后，中微子质量顺序测量成为下一步的研究热点，美国、日本、印度等国家逐渐明确了下一步的计划。

这一方向，王贻芳团队也早有谋划。

“中微子质量顺序测量的实验能不能做，取决于一个前提，即中微子第三种振荡的几率一定要够大。”

后来，大亚湾实验测到了中微子第三种振荡，振荡几率大小为9.2%。这一结果远远超过他们的期待值。团队科研人员心里有底了：“后续的中微子实验能做！”

最终，实验选址广东江门，距阳江和台山反应堆群分别约53公里。

不少人认为，江门实验只是大亚湾实验简单的“增大”版。

对此，王贻芳特别解释和强调，两个实验虽然都是研究中微子，但具体科学目标完全不同。大亚湾实验的科学目标是利用核反应堆产生的中微子来测定中微子第三种振荡模式，而江门实验是要实现对中微子质量顺序和中微子振荡参数的精确测量。

“中微子的质量是自然界的基本参数，影响宇宙的演化进程。知道了质量顺序，可以为确定中微子质量和其他研究铺路。”王贻芳说。

《 人民日报 》（ 2020年12月21日 第 19 版）