何紅建

清華大學(xué)近代物理研究所教授

大亞灣中微子振蕩的啟示

何紅建

清華大學(xué)近代物理研究所教授

繼10月份的諾貝爾物理獎(jiǎng)之后剛剛一個(gè)月，中微子領(lǐng)域再傳喜訊：大亞灣中微子團(tuán)隊(duì)斬獲“2016年基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎(jiǎng)”，共同分享這一大獎(jiǎng)的還有其他四個(gè)國(guó)際中微子實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)（KamLAND，K2K/T2K，SNO，SuperKamiokande）。我在此向大亞灣合作組致以熱烈祝賀，并向我的實(shí)驗(yàn)同事與朋友王貽芳和陸錦標(biāo)致以衷心祝賀！早在10月初諾貝爾物理獎(jiǎng)公布之際一些雜志和朋友就熱情邀請(qǐng)我寫介紹性文章，因?yàn)檫@是發(fā)給國(guó)外中微子實(shí)驗(yàn)的獎(jiǎng)項(xiàng)，也因?yàn)閷?shí)在太忙，而我又是理論家，我大都推薦他們直接去聯(lián)系和采訪實(shí)驗(yàn)同行貽芳和他的同事們。另外一個(gè)原因也是因?yàn)橐呀?jīng)有許多實(shí)驗(yàn)和理論同行迅速給媒體/博客提供了豐富的訪談和評(píng)論介紹（其中包括中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的曹俊和邢志忠研究員、中山大學(xué)的李淼教授等人，還有我的清華實(shí)驗(yàn)同事陳少敏教授）。我隨后收到清華高研院翁征宇教授的熱情邀請(qǐng)為《賽先生》寫一個(gè)介紹，感覺盛情難卻，而在剛要準(zhǔn)備擠時(shí)間寫一點(diǎn)東西的時(shí)候，就看到了MIT（麻省理工學(xué)院）文小剛教授和國(guó)家天文臺(tái)陳學(xué)雷研究員給《賽先生》寫的兩篇大作，因此十分慶幸，感覺這下我也就可以免去動(dòng)筆之勞了。然而，出乎眾人所料，11月9日中微子領(lǐng)域再傳重大喜訊，這次獲得“突破獎(jiǎng)”的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)就包括貽芳和錦標(biāo)所領(lǐng)導(dǎo)的大亞灣合作組。這時(shí)《賽先生》編輯部許灝先生再次熱情邀請(qǐng)我效力。作為貽芳和錦標(biāo)多年的同事和朋友，我感覺值得再次向他們熱烈祝賀，并從我所了解的角度介紹他們，于是就勉為其難，為《賽先生》做一點(diǎn)點(diǎn)貢獻(xiàn)。

榮獲“突破獎(jiǎng)”的五個(gè)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了中微子的三種振蕩模式，定量測(cè)定了中微子的非零混合角（θ12，θ23，θ13）及中微子質(zhì)量的平方差。這些參數(shù)都是自然界的基本常數(shù)，對(duì)于進(jìn)一步理解中微子質(zhì)量起源和探索中微子與輕子部分的CP破壞具有重大科學(xué)意義（C和P分別代表電荷共軛變換和空間反演變換兩種基本分離對(duì)稱性）。這是一項(xiàng)以中國(guó)科學(xué)家為主體、聯(lián)合美國(guó)等國(guó)的42個(gè)單位的292名科學(xué)家共同參與、并在中國(guó)本土上完成的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)?？萍疾咳f(wàn)鋼部長(zhǎng)在11月10日代表科技部給貽芳的賀信中指出：“大亞灣團(tuán)隊(duì)在大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、探測(cè)器研制建設(shè)等多個(gè)領(lǐng)域取得了重要成果，發(fā)現(xiàn)了新的中微子振蕩模式，得到了國(guó)際高能物理界的高度評(píng)價(jià)，對(duì)推動(dòng)國(guó)際中微子領(lǐng)域研究具有極為重要的意義。這也是我國(guó)組織實(shí)施國(guó)際大科學(xué)工程的成功探索和實(shí)踐?！痹谕惶欤袊?guó)科學(xué)院白春禮院長(zhǎng)給貽芳及其團(tuán)隊(duì)發(fā)的賀信中指出：“此次獲獎(jiǎng)進(jìn)一步彰顯了我國(guó)高能物理相關(guān)領(lǐng)域研究的國(guó)際領(lǐng)先地位，對(duì)我國(guó)科技發(fā)展具有標(biāo)志性意義?！?/p>

大亞灣合作組在2012年3月8日首次宣布了關(guān)于中微子關(guān)鍵混合角θ13非零的突破性發(fā)現(xiàn)，超出背景5.2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差，以大于99.9999%的精度確立了中微子的第三種振蕩模式，這是一個(gè)測(cè)量反電子中微子通過(guò)振蕩而消失的反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)。大亞灣團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)是在王貽芳研究員（中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所）和陸錦標(biāo)教授（加州大學(xué)伯克利分校）的領(lǐng)導(dǎo)下完成的。2003年以來(lái)，有7個(gè)國(guó)家先后提出了8個(gè)實(shí)驗(yàn)方案利用反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)測(cè)量θ13，最終投入建造的有3個(gè)，包括中國(guó)大亞灣實(shí)驗(yàn)、法國(guó)Double Chooz實(shí)驗(yàn)、和韓國(guó)RENO實(shí)驗(yàn)。大亞灣實(shí)驗(yàn)位于廣東深圳的大亞灣核電站和嶺澳核電站，于2007年10月動(dòng)工，到2011年中期先后完成探測(cè)器的建造與安裝，并在8月開始近點(diǎn)取數(shù)，12月下旬開始遠(yuǎn)近點(diǎn)同時(shí)運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)基地建有總長(zhǎng)3000 m的隧道和3個(gè)地下實(shí)驗(yàn)大廳，分別為大亞灣近點(diǎn)、嶺澳近點(diǎn)與遠(yuǎn)點(diǎn)大廳，大廳內(nèi)共可容納8臺(tái)中微子探測(cè)器，每臺(tái)高5 m、直徑5 m、重110 t，安置于10 m深的水池中。利用兩個(gè)近點(diǎn)實(shí)驗(yàn)廳內(nèi)探測(cè)器測(cè)量反應(yīng)堆中微子流強(qiáng)，并在遠(yuǎn)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)廳探測(cè)振蕩效應(yīng)。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)點(diǎn)探測(cè)到的中微子數(shù)顯著低于預(yù)期，表明中微子在傳播中發(fā)生了振蕩，從電子反中微子轉(zhuǎn)變成了其它種類的中微子。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的完成除了方案設(shè)計(jì)與論證、組建實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍、爭(zhēng)取立項(xiàng)和籌備經(jīng)費(fèi)等等，還涉及相當(dāng)復(fù)雜的工程技術(shù)問題，包括核電站附近的隧道施工和中微子探測(cè)器的研制及其部件的批量生產(chǎn)和安裝，還有信號(hào)與背景模擬、數(shù)據(jù)采集、刻度、修正和分析等等。關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)發(fā)展的詳情，貽芳和錦標(biāo)及其實(shí)驗(yàn)同行們已作了很多介紹，他們近期已被大量采訪和報(bào)道。還有之前和最近曹俊、楊長(zhǎng)根、陳少敏、邢志忠、李淼等實(shí)驗(yàn)及理論同事在報(bào)刊雜志和博客上發(fā)表的各種介紹性文章。所以我在這里就不必畫蛇添足了。我的文檔里倒是有一篇多年前貽芳發(fā)給我的綜述文章《大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)》，此文于2007年發(fā)表在《物理》雜志36卷第3期，參見圖1，這一年大亞灣實(shí)驗(yàn)正好破土動(dòng)工。貽芳在摘要中提到了大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)測(cè)量θ13混合角的物理目標(biāo)和科學(xué)意義，建議讀者抽空拜讀。

只是恰巧我與這兩位領(lǐng)頭人都很熟悉，所以可以談?wù)勁c他們的討論與交流，以及關(guān)于非零θ13的物理緣由。我與貽芳的第一次交往大概要回溯到15年之前，那時(shí)貽芳剛剛回國(guó)加入高能物理所，而我當(dāng)時(shí)還在美國(guó) UT Austin工作，經(jīng)過(guò)高能物理所杜東生老師發(fā)email向我引見，得知貽芳在考慮一個(gè)探測(cè)磁單極的實(shí)驗(yàn)，希望我作為理論同行提供一些建議，因?yàn)槎爬蠋熤牢以鴮?duì)磁單極做過(guò)深入研究。那時(shí)我與貽芳尚未謀面，我們通過(guò)郵件作了交流，詳情已經(jīng)淡忘，大概因?yàn)楦髯砸苍诿e的研究。我與貽芳見面應(yīng)該是我回國(guó)之后的事，那是2006年秋我第一次到桂林參加全國(guó)粒子物理學(xué)年會(huì)。貽芳領(lǐng)導(dǎo)的大亞灣實(shí)驗(yàn)于2007年10月動(dòng)工。三年之后，2010年春我特別邀請(qǐng)貽芳來(lái)清華大學(xué)報(bào)告大亞灣實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，那時(shí)大亞灣的探測(cè)器尚在建造之中，人們對(duì)此已不覺新鮮，也沒有人會(huì)料到大亞灣會(huì)在兩年之后做出如此戲劇性的發(fā)現(xiàn)，聽眾也不多，還有照片可以查證，參見圖1。那時(shí)實(shí)驗(yàn)上還沒有任何θ13非零的跡象，其實(shí)驗(yàn)下限在2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差內(nèi)與零完全一致。大亞灣實(shí)驗(yàn)對(duì)探測(cè)θ13的設(shè)計(jì)精度可以小到2.9°（90%置信度）。大亞灣當(dāng)時(shí)的狀況也許可概括為八個(gè)字：進(jìn)度尚好，前途未卜。貽芳和他的同事們后來(lái)應(yīng)該參加過(guò)無(wú)數(shù)國(guó)內(nèi)外的中微子盛會(huì)并宣講θ13發(fā)現(xiàn)，然而圖1的報(bào)告會(huì)恰好說(shuō)明那時(shí)這個(gè)方向比較清冷。我常對(duì)學(xué)生講，應(yīng)該聽聽比較冷門的學(xué)術(shù)報(bào)告，因?yàn)橥ǔＤ切┞牨姳瑵M的熱鬧會(huì)場(chǎng)往往表明：這個(gè)研究領(lǐng)域或方向上的原創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)已經(jīng)完結(jié)。

θ13非零為何如此重要?因?yàn)樗梢源_保存在可觀測(cè)的CP破壞效應(yīng)。而CP破壞是解釋宇宙中產(chǎn)生已觀測(cè)到的正反物質(zhì)非對(duì)稱性（或稱反物質(zhì)消失之謎）的先決條件之一，目前標(biāo)準(zhǔn)模型的夸克部分的CP破壞則不足以解釋這個(gè)觀測(cè)結(jié)果。反物質(zhì)消失的事實(shí)非常重要，否則宇航員乘坐飛船到達(dá)月亮或者其他星球就有連人帶船一起被反物質(zhì)所湮滅、化為烏有的危險(xiǎn)。要在理論上可靠地預(yù)言θ13的絕對(duì)大小實(shí)際上非常困難，只要輸入的假定或者自由參數(shù)足夠多，θ13可以取任何值。所以當(dāng)我們著手研究θ13時(shí)，基本上可以跳過(guò)當(dāng)時(shí)文獻(xiàn)中的所有模型。我們沒有孤立地研究θ13，我們的方法是研究非零θ13與非零θ23°-45°（即大氣中微子混合角θ23對(duì)于最大混合45°的偏離）這兩個(gè)小量之間的關(guān)聯(lián)。雖然理論無(wú)法可靠地預(yù)言它們各自的大小，但是我們卻從中微子質(zhì)量矩陣的一種最基本的對(duì)稱性（μ-τ對(duì)稱性）的破缺出發(fā)預(yù)言了兩種非零偏離的關(guān)聯(lián)，這樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)θ23°-45°偏離的測(cè)量數(shù)據(jù)，我們就可以預(yù)言非零的θ13。不僅如此，我們研究了這種偏離與CP破壞的極為自然的共同起源，并在最小的中微子Seesaw機(jī)制中給予定量實(shí)現(xiàn)，這還導(dǎo)致了對(duì)θ13下限的預(yù)言，因?yàn)橐隄M解釋宇宙中的正反物質(zhì)非對(duì)稱性，就需要一個(gè)非零的θ13以確保CP破壞的存在，我們給出的理論下限是θ13＞1°，這個(gè)下限有相當(dāng)?shù)钠者m性，因?yàn)橹笪覀冊(cè)诓煌睦碚摲治鲋幸驳玫搅祟愃频慕Y(jié)果。這給貽芳的大亞灣探索提供了有益的支持，但還不足以確保其一定能測(cè)到，因?yàn)樯厦嬉呀?jīng)提到的大亞灣實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)探測(cè)精度是θ13=2.9°。所以2010年我邀請(qǐng)貽芳來(lái)清華報(bào)告的一個(gè)原因也是為了與他進(jìn)一步討論關(guān)于θ13的探測(cè)精度，還有大亞灣無(wú)法測(cè)量的大氣中微子混合角θ23及其對(duì)最大混合的偏離。我們的文章arXiv:1001.0940雖然是基于最小Seesaw機(jī)制進(jìn)行構(gòu)造，但我們?cè)谠撐闹袇s進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到了中微子最基本的對(duì)稱性：任何一個(gè)3×3的Majorana質(zhì)量矩陣，其最大非平庸對(duì)稱性是Z2（μ-τ）×Z2（solar），其中Z2（μ-τ）決定了（θ23，θ13）=（45°，0°）；而Z2（solar）決定太陽(yáng)中微子角θ12作為它的群參數(shù)，但并未固定θ12取值。該文構(gòu)造了Z2（μ-τ）與CP的共同破缺的起源，但保持Z2（solar）對(duì)稱性。那時(shí)國(guó)際中微子理論界流行一種稱為TBM（Tri-Bi-Maximal Mixing）的混合模式，以及能夠?qū)С鲞@種模式的各種味道對(duì)稱群（諸如A4，S4等等）；TBM對(duì)應(yīng)于（θ23，θ13）=（45°，0°）和θ12=35.3°。這也可以理解，因?yàn)槟菚r(shí)實(shí)驗(yàn)上尚未顯示非零θ13的任何跡象。不過(guò)TBM一開始就不是我關(guān)心的對(duì)象，所以我很慶幸我從未追隨過(guò)國(guó)際上這方面的流行文獻(xiàn)，也為此節(jié)省了時(shí)間。

我感到欣慰的是，那次貽芳的報(bào)告之后不到3個(gè)月，李政道先生和他在哥倫比亞大學(xué)的合作者R. Friedberg發(fā)表了一篇引人注目的文章（http://arxiv.org/abs/1008.0453），提出了另一個(gè)預(yù)言θ13和θ23°-45°兩種非零偏離關(guān)聯(lián)的機(jī)制（稱為帶電輕子的微擾方法），李先生和Friedberg的文章把我們論文（arXiv:1001.0940）的方法稱為中微子微擾的GHY方法，并把兩種預(yù)言的差別作了定量比較，他們指出包括大亞灣等正在進(jìn)行中的實(shí)驗(yàn)將對(duì)這兩種預(yù)言給出甄別。也因?yàn)槲遗c李先生和Friedberg通過(guò)這一研究方向的交流，李先生很贊賞我們的工作，于是李先生委托我和貽芳聯(lián)合高能物理所、清華和北大在中國(guó)高等科學(xué)技術(shù)中心CCAST組織一個(gè)全國(guó)性的中微子研討會(huì)。我與貽芳、葉銘漢先生和北大馬伯強(qiáng)老師商量把這個(gè)會(huì)議取名為“大亞灣時(shí)代的中微子物理”（Neutrino Physics in Daya Bay Era），得到李政道先生贊同。這個(gè)名字對(duì)大家是一個(gè)勉勵(lì)，但明顯有些超前，因?yàn)槟菚r(shí)大亞灣尚未鎖定發(fā)現(xiàn)非零θ13的桂冠。李先生親自參加了這個(gè)會(huì)議并作了精彩開幕報(bào)告，他的報(bào)告題目與他的新論文arXiv:1008.0453正好一致。這個(gè)會(huì)議于2010年11月召開，邀請(qǐng)了國(guó)內(nèi)所有研究中微子物理的實(shí)驗(yàn)和理論同行參加這個(gè)研討會(huì)并報(bào)告相關(guān)工作，還有關(guān)心大亞灣實(shí)驗(yàn)進(jìn)展和中微子物理前沿的高能物理界同行和青年學(xué)生，雖然僅有幾位同事因事未能參加。圖2是這個(gè)會(huì)議的海報(bào)，上面還有首場(chǎng)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)的日程，從報(bào)告題目就容易看到，當(dāng)時(shí)并非所有的報(bào)告人都關(guān)心θ13，原因很簡(jiǎn)單：那時(shí)實(shí)驗(yàn)上既未顯示非零θ13的跡象，理論上也很難可靠地預(yù)言其絕對(duì)大小。

那之后我們繼續(xù)發(fā)展了這個(gè)方向的研究，并在2011年4月發(fā)表了一篇長(zhǎng)文（http://arxiv.org/abs/1104.2654），繼續(xù)研究掌控這兩種非零偏離（θ13和θ23°-45°）的基本μ-τ對(duì)稱性與CP對(duì)稱性破缺的共同起源。我們通過(guò)最小Seesaw機(jī)制進(jìn)行了分析，也進(jìn)行了模型無(wú)關(guān)的分析，這與我們前一篇文章（arXiv:1001.0940）正好互補(bǔ)。其中一個(gè)關(guān)鍵結(jié)果是我們預(yù)言了關(guān)于θ13和θ23°-45°非零偏離的一種新的關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)更強(qiáng)，從而預(yù)言了較大的θ13取值區(qū)域，與兩個(gè)月后公布的日本T2K和美國(guó)MINOS中微子實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合很好。例如，我發(fā)現(xiàn)只要大氣中微子角發(fā)生|θ23°-45°|=1°的偏離，這種關(guān)聯(lián)就預(yù)言θ13達(dá)到6°～9°范圍。讓高能界振奮的是2011年6月日本T2K中微子實(shí)驗(yàn)發(fā)表了關(guān)于θ13的新結(jié)果，表明θ13中心值在9°～11°之間，而且θ13＞0°的信號(hào)超出背景2.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差。隨后美國(guó)MINOS實(shí)驗(yàn)也發(fā)表了支持非零θ13的結(jié)果，但其置信度弱一些，為1.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差。不幸的是日本在2011年3月11日發(fā)生的9.0級(jí)大地震，T2K加速器中微子實(shí)驗(yàn)裝置慘遭損壞，2011年6月發(fā)布的結(jié)果主要是使用了其Run-2在2010年年末到2011年3月11日地震之前的數(shù)據(jù)采集。然而這也給大亞灣和韓國(guó)RENO兩個(gè)反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)帶來(lái)幸運(yùn)。因?yàn)門2K誘人的初步結(jié)果首次顯示了非零θ13的蛛絲馬跡，而且其中心值高達(dá)9～11°左右。這也強(qiáng)烈暗示了大亞灣根本無(wú)需等待安裝預(yù)期計(jì)劃的所有8個(gè)探測(cè)器就可以提前運(yùn)行和采取數(shù)據(jù)。后來(lái)這也的確是貽芳團(tuán)隊(duì)采取的方案，他們?cè)?011年底之前安裝了6個(gè)探測(cè)器，從圣誕節(jié)開始取數(shù)，僅僅55天之后就獲得了5.2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差的突破性發(fā)現(xiàn)，得出θ13的中心值為8.8°。2012年3月8日大亞灣發(fā)布這個(gè)轟動(dòng)性結(jié)果之后一個(gè)月左右，韓國(guó)RENO實(shí)驗(yàn)組也在驚訝之后趕緊公布了一個(gè)新結(jié)果，測(cè)出非零θ13達(dá)4.9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差，中心值在9.8°。這次突破獎(jiǎng)的分享者中有T2K，而沒有RENO，這也在預(yù)料之中。RENO的確有些遺憾，因?yàn)樗麄?011年取數(shù)要早得多，不過(guò)其原因就不在這里討論了，因?yàn)槲业膶?shí)驗(yàn)同行們對(duì)此必有更確切的答案。我倒是可以順便提一下我們組的理論研究在2011年6月T2K和MINOS 結(jié)果之后做了什么。T2K的實(shí)驗(yàn)提示的較大θ13中心值使我猜測(cè)θ13與另一個(gè)偏離45°-θ12（即太陽(yáng)中微子混合角對(duì)最大混合的偏離）之間的內(nèi)在關(guān)系。于是我把我們的出發(fā)點(diǎn)選定在研究對(duì)于中微子雙最大混合BM（Bi-Maximal Mixing），（θ12,θ23）=（45°，45°）和θ13=0°的偏離。BM混合方案在1998年就有人提出，但之后該方案被θ12實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（θ12=34°～35°）所排斥，逐漸被學(xué)界所遺忘，人們都轉(zhuǎn)向其他流行方案。但我們沒有盲從，自2011年夏天另辟蹊徑重新研究BM，并尋找能夠預(yù)言BM的最小有限群和它的破缺機(jī)制。國(guó)慶后，我們首次證明了在BM模式下能夠完整包含中微子最大對(duì)稱性Z2（μ-τ）×Z2（solar）的最小有限群是Octahedral Group Oh（八面體群），而既不是流行的A4，也不是S4。我們關(guān)鍵思想的下一步是要恰當(dāng)?shù)仄迫監(jiān)h群從而使其子群Z2（μ-τ）×Z2（solar）的破缺量θ13和45°-θ12發(fā)生關(guān)聯(lián)。經(jīng)過(guò)大量嘗試，我們成功給出了八面體群的構(gòu)造和它極為簡(jiǎn)潔漂亮的幾何破缺機(jī)制，并預(yù)言如下定量關(guān)系：θ12+θ13=45°或者θ13=45°-θ12，其中沒有自由可調(diào)參數(shù)。再考慮重整化群跑動(dòng)對(duì)θ12+θ13的修正，我們可預(yù)言低能測(cè)量值θ12+θ13≈43°。因?yàn)槟菚r(shí)θ12已被之前的中微子實(shí)驗(yàn)所精確測(cè)量，因此能夠定量預(yù)言θ13的取值范圍。輸入θ12實(shí)驗(yàn)中心值給出θ13≈8°～9°。2011年12月從CERN又傳來(lái)了LHC找到希格斯粒子初步跡象的重大消息，我的精力被分割；而大亞灣實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行當(dāng)時(shí)對(duì)外保密，所以我未能將這一研究的短文及時(shí)定稿。2012年3月8日傳來(lái)大亞灣發(fā)現(xiàn)θ13的突破性結(jié)果，給了我們一個(gè)驚喜，幾天之后我們組于3月13日發(fā)表了這篇短文（http://arxiv.org/abs/1203.2908），此文還同時(shí)預(yù)言了最大CP破壞相角|δ|≈90°，與目前T2K的初步結(jié)果一致。近年來(lái)我們一直在研究CP破壞，這里就不打算提及了。

碰巧的是，大亞灣宣布新發(fā)現(xiàn)剛剛一個(gè)月之后，貽芳再次應(yīng)邀來(lái)到清華大學(xué)報(bào)告，這時(shí)報(bào)告廳已經(jīng)人滿為患，到場(chǎng)的還有薛其坤副校長(zhǎng)（當(dāng)時(shí)是物理系主任）等許多其他專業(yè)的老師和同學(xué)們，與兩年之前形成對(duì)比。

值得提到的是，作為大亞灣共同發(fā)言人的陸錦標(biāo)教授恰好是清華大學(xué)工程物理系的長(zhǎng)江講座教授，他多次從伯克利來(lái)清華訪問和工作，在清華高能物理中心就中微子進(jìn)行過(guò)多次系列講演，還參加博士答辯。例如，錦標(biāo)2007年6月在清華高能物理中心作了中微子物理系列講座，其最后一講（第10講）是關(guān)于三種味道中微子振蕩和大亞灣實(shí)驗(yàn)探測(cè)混合角θ13。圖4是這一報(bào)告的首頁(yè)，作為一個(gè)紀(jì)念。2010年他在清華舉辦了暗物質(zhì)的系列講座。錦標(biāo)的講座深入淺出，生動(dòng)有趣，而且相當(dāng)系統(tǒng)。他為清華的人才培養(yǎng)作出了重要貢獻(xiàn)。

我和錦標(biāo)一直保持學(xué)術(shù)上的聯(lián)系和交流，特別是在2012年3月之前的那些年頭，我們?cè)?011年文章arXiv:1104.2654的致謝中還專門提到與他和貽芳以及曹俊有益的討論。有意思的是，我在2012年還推薦過(guò)一名清華本科生到錦標(biāo)的伯克利實(shí)驗(yàn)組里實(shí)習(xí)，后來(lái)這名學(xué)生先后被伯克利和斯坦福大學(xué)錄取。雖然他最后去了斯坦福大學(xué)攻讀博士，但是我相信他跟隨錦標(biāo)老師在伯克利學(xué)習(xí)中微子實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷對(duì)他日后的研究生涯也是很有裨益的。

前面已經(jīng)提到發(fā)現(xiàn)非零θ13非常重要，是因?yàn)樗梢源_保存在可觀測(cè)的CP破壞效應(yīng)。而CP破壞是宇宙中產(chǎn)生正反物質(zhì)非對(duì)稱性的一個(gè)重要前提。大亞灣發(fā)現(xiàn)的重大物理意義還在于其測(cè)定的非零θ13值比較大，中心值在θ13≈8°～9°之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于夸克部分的相應(yīng)混合角θ13（它只有大約0.23°），兩者相差近40倍！這樣一個(gè)顯著非零的θ13的重要物理意義在于給下一步探測(cè)輕子部分可能的CP破壞效應(yīng)帶來(lái)了新的希望，提供了一塊發(fā)現(xiàn)CP破壞的奠基石。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)中微子CP破壞將是高能界公認(rèn)的下一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)工作，雖然其難度更大。因此，大亞灣的發(fā)現(xiàn)被國(guó)際同行普遍認(rèn)為是中國(guó)物理學(xué)史上最重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，這一發(fā)現(xiàn)在其公布的2012年就立即被美國(guó)《科學(xué)》雜志與當(dāng)年的LHC希格斯粒子發(fā)現(xiàn)一同列入“世界十大科學(xué)突破”。其中希格斯發(fā)現(xiàn)位列第一，大亞灣發(fā)現(xiàn)排在第五位。希格斯發(fā)現(xiàn)于2013年毫無(wú)懸念地榮獲諾貝爾獎(jiǎng)，而大亞灣發(fā)言人王貽芳和陸錦標(biāo)則于2013年入選美國(guó)物理學(xué)會(huì)潘諾夫斯基實(shí)驗(yàn)物理獎(jiǎng)。高能界行內(nèi)對(duì)于今年諾貝爾獎(jiǎng)只發(fā)給首次揭示中微子振蕩的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)并不感到意外，但是作為同行，我們都知道下一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)的工作將很可能是關(guān)于中微子CP破壞的發(fā)現(xiàn)，以及在無(wú)中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)中可能首次確證中微子是Majorana中微子，當(dāng)然這兩種實(shí)驗(yàn)難度都很大，不過(guò)我對(duì)中微子CP破壞的前景看好。另外一個(gè)令人矚目的方向是南極的冰立方（IceCube）實(shí)驗(yàn)，亦稱為中微子望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)，自2013年探測(cè)到超高能天文中微子（TeV-PeV）信號(hào)，開啟了中微子天文學(xué)的時(shí)代。這是另一個(gè)有望問鼎諾獎(jiǎng)的實(shí)驗(yàn)方向。這里就不再介紹了。

值得提到，這幾天更讓高能物理界感到欣慰的是“突破獎(jiǎng)”把300萬(wàn)美元的大獎(jiǎng)發(fā)給了在發(fā)現(xiàn)中微子三種振蕩與混合模式的測(cè)量中作出突出貢獻(xiàn)的5個(gè)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，這是諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)不會(huì)做、也做不到的事。雖然“突破獎(jiǎng)”的宣布比諾貝爾獎(jiǎng)剛好晚了一個(gè)月，但貽芳告訴我，他早在8月10日就得到了評(píng)委會(huì)的電話通知，可見“突破獎(jiǎng)”在決策上超前諾貝爾獎(jiǎng)的眼力與果斷。此外，行內(nèi)稍有常識(shí)的人們心里都知道，2015年諾貝爾獎(jiǎng)已頒給中微子振蕩的首次發(fā)現(xiàn)，看來(lái)也只頒這一次。按照貽芳的合作組同事曹俊對(duì)大亞灣的說(shuō)法，“諾貝爾獎(jiǎng)一般是給意想不到的發(fā)現(xiàn)，前兩次是給了發(fā)現(xiàn)新的中微子，然后是首次發(fā)現(xiàn)中微子振蕩。和前者相比，這個(gè)實(shí)驗(yàn)分量要輕。設(shè)計(jì)的時(shí)候，就知道不是諾貝爾量級(jí)的”。最近人們都在詢問貽芳關(guān)于中微子的下一個(gè)夢(mèng)想是什么?答案是江門中微子實(shí)驗(yàn)（JUNO），它將測(cè)量三種中微子的質(zhì)量排序，其規(guī)模比大亞灣實(shí)驗(yàn)大100倍，計(jì)劃在2020年竣工，并進(jìn)入探測(cè)階段。這是一個(gè)很重要的測(cè)量，雖然也不是一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)別工作。也許有興趣的讀者可以嘗試把大亞灣和以后的江門兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果加在一起掂量一下。不過(guò)，據(jù)我所知，貽芳還有一個(gè)關(guān)于中國(guó)高能物理與科學(xué)發(fā)展更宏大而雄偉的夢(mèng)想，這在上個(gè)月波士頓國(guó)際出版社發(fā)行的一本英文新書《From the Great Wall to the Great Collider》中作了系統(tǒng)介紹，可供讀者參考。這本書的取名來(lái)自于諾貝爾獎(jiǎng)得主David Gross的一個(gè)建議。

在2015年諾貝爾獎(jiǎng)宣布之后剛剛一個(gè)月，“突破獎(jiǎng)”對(duì)中微子三種振蕩與混合模式的系列重大發(fā)現(xiàn)給予再次嘉獎(jiǎng)、而且是進(jìn)行更加全面的嘉獎(jiǎng)。該獎(jiǎng)的決策早在8月初就敲定了。這一非常及時(shí)而且果斷的舉措，是對(duì)整個(gè)高能物理界那些為探測(cè)這種神奇的“幽靈粒子”而共同艱苦奮斗的探索者們的最高贊揚(yáng)與獎(jiǎng)賞！展望未來(lái)，我對(duì)中微子物理的前景表示樂觀?；谝陨显u(píng)述，我們的確可以期盼中微子領(lǐng)域的下一個(gè)重大突破性發(fā)現(xiàn)?？v觀科學(xué)發(fā)展史，物理學(xué)的成功，特別是粒子物理學(xué)的成功，顯然在于物理學(xué)中不同分支的交融，在于粒子物理學(xué)與其他學(xué)科的交融。中微子領(lǐng)域的輝煌成就也恰恰得益于它與宇宙學(xué)、天文學(xué)、核物理等領(lǐng)域的密切交融。大自然是一個(gè)無(wú)法機(jī)械割裂的有機(jī)整體，認(rèn)識(shí)其深刻性、豐富性和關(guān)聯(lián)性的確需要以全局的方法進(jìn)行多視角的探索，需要超越傳統(tǒng)意識(shí)中狹隘的學(xué)科劃分觀念，這是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的一個(gè)重要前提。中微子振蕩的突破性發(fā)現(xiàn)標(biāo)志人類認(rèn)識(shí)大自然的又一新起點(diǎn)，這還遠(yuǎn)未窮盡大自然的寶藏，讓我們感謝美麗大自然的神奇與慷慨!

致謝：感謝貽芳在百忙中閱讀本文和提出有益的建議。

責(zé)任編輯：吳曉麗

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