互动科普

酸甜苦辣大亚湾

科学世界：您是怎么想到利用大亚湾核电站来做实验的？

王贻芳：用核反应堆来做中微子实验，国际上有很多先例，所以我们这个不算新方法。1999年就有人提出来，比起传统方法，用核反应堆做实验可以进一步提高探测精度。2003年，国际上做这个方向的研究者慢慢地多起来了。根据过去的经验，我想到一些实际办法，觉得我们的精度可以做得比别人更好，值得做这个实验。

科学世界：您当时就认为在大亚湾做实验就能取得更好的结果？大亚湾在国内有什么有利之处？

王贻芳：大亚湾的优势是它的周围有山，能够屏蔽掉大部分来自宇宙的中微子。最关键的一点是，在这里做实验，造价比较低。当时我们想的最重要的突破是，我们有一种办法能够让实验的精度比别人高，这就是探测器的摆放方式。

我们在远点放了4个探测器。全世界所有的中微子实验，从没有人放过4个，都只是放1个，因为同样的体积，放1个比放4个便宜得多。那为什么还要放4个？就是因为我们整个的实验思路和国外的不一样。

科学世界：它的独特之处在哪里？

王贻芳：放4个探测器，误差就是别人的一半。在近点、远点布置探测器的设计并不是我们的独创，但是探测器的个数是我们的独创，这样可以降低系统误差。

科学世界：整个实验过程，从最初设想到最终实现，您觉得最困难的环节是什么？

王贻芳：我感觉有两个。第一个是立项，得到支持的过程非常困难。我们最终争取到6个单位的支持，但争取的过程极其痛苦。当然，也不是我一个人在努力，很多人都在帮忙，包括所里和科学院的领导，还有一些知名科学家都在帮忙、呼吁。整个立项过程是很难的。

科学世界：那第二个呢？

王贻芳：土建工程。首先，所有涉及到的程序都得到批复，这就已经很不容易了。因为我们的实验装置靠着核电站，还要爆破。幸亏我们不是在福岛核电站事故以后，不然这个实验肯定就做不了。我们的近点探测器距离核反应堆只有几百米，施工时要进行爆破。这种爆破的管理是非常严格的，因为震动大了会影响到核电站的安全。我们在实施爆破的时候，产生的震动影响为0.007g（g为重力加速度）。这个震动程度就相当于我在这里跺一脚，你在10米以外的感觉。

整个工程的时间性很强，因为国际同行都在竞争。但是我们的进展并不顺利，原定两年挖好的隧道，结果挖了近4年。所以土建方面我是最头疼的，经常整夜睡不着。

科学世界：那么后来的时间就是通过实验和数据分析抢回来的？

王贻芳：对，这是一个方面。应该说，所有的实验都是极其困难的。我遇到的那些困难，国外的同行也会遇到。我们慢，他们也慢。

科学世界：前面遇到了很大困难，那么在实验和分析数据过程中有没有遇到什么难事？

王贻芳：我们在探测器建设当中也遇到一些困难，但是相比于之前的立项和土建来说，还没有绝望到“做不下去”的程度。数据分析和物理研究，在我们预先的设计中是考虑得比较清楚的，结果也和我们设想的差不多，没有根本性的困难。

科学世界：日本的T2K实验也跟中微子有关，受到了大地震的波及，这对他们的结果有多大的影响？

王贻芳：我们在判断一个结果的可靠性的时候，是要看它的统计显著性的。如果不发生地震，他们的统计显著性大概可以做到3σ～3.5σ。过了3σ，意味着99.9%的几率是对的；过了5σ，就是说99.99999%的几率是对的。3σ在粒子物理学中是个门槛，达到了3σ，那么这个事件既可以说有，也可以说没有，而5σ才是确定无疑的发现。以前有大量达到3σ的实验结论，事后却证明是错的，所以大家现在都认为，只达到3σ并不可靠，但要是能超过3σ的话，才可以说“看到了”这个事件。因为地震，T2K后来结果的统计显著性只达到了2.5σ，这样的结果一般是不考虑的。

科学世界：大亚湾实验项目是如何进行的？

王贻芳：所有的大型粒子物理实验都是国际合作的，我们也不例外。我们这个项目中有十几个美国机构参加，另外还有俄罗斯、捷克、中国台湾、中国香港等国家和地区参加。整个项目共有250多人，中国大陆有100多人，美国有70多人，其他国家和地区的人数少一点。

科学世界：中国承担了哪些工作？

王贻芳：中国负责土建工程和一半的探测器，它们各占1/3。美国做了另外一半的探测器，也占1/3。实验设施的设计及其土建、吊车、吊具、中心探测器的钢罐是我们做的。钢罐中有两种有机玻璃罐，一种是中国台湾做的，一种是美国做的。钢罐中装的液体及其生产设备是我们做的，大概有700多吨，3种不同的液体，这是实验最关键的部分，是探测器的核心。液体灌装设备是美国做的，光电倍增管是日本生产的。水池上的气体探测器和所有读出电子学及数据处理系统，都是我们做的。物理分析软件的开发，我们和美国各占一半。

科学世界：自去年3月发布结果以来，已经过去了一年，这段时间里有什么新发现吗？后续的工作目标是什么？

王贻芳：我们发表的第二篇文章，统计显著性已经达到7.7σ。我们正在继续测量，希望运行3～5年，把精度再提高几倍。去年3月宣布成果的时候，精度是20%左右，现在我们想把精度提高到4%。

（本文发表于《科学世界》2013年第4期）