王贻芳：中微子非幽灵，我们的身体也是中微子源
采访—本刊记者 刘善伟 王镭铮 屈舒鹤
文—本刊记者 刘善伟 王镭铮
王贻芳，男，1963年2月20日出生于江苏南京，实验高能物理学家，中国科学院院士、美国国家科学院外籍院士、俄罗斯科学院外籍院士、发展中国家科学院院士，曾任中国科学院高能物理研究所所长。
2012年3月8日，王贻芳领导的实验团队测得新的中微子振荡模式，入选美国《科学》评选的“2012年十大科学进展”。2015年获得基础物理学突破奖；2016年获得国家自然科学一等奖；2019年获得未来科学大奖“物质科学奖”。
随着江门中微子实验装置建设进入尾声，中国科学院院士王贻芳再度成为各大媒体报道的焦点。
从早年被丁肇中先生选拔参加正负电子对撞机实验，到自己主持建设中微子实验装置，王贻芳院士始终奋战在基础科学研究第一线。
在接受《中国青年》杂志的采访时，王贻芳说，中微子并非幽灵，它是在人类探索物质世界的奥秘过程中发现的，它的性质使宇宙演化成现在的模样。他还详细解说了三种中微子的区别，以及捕捉中微子信号的难点。
从“探寻中微子振荡的意义”，到“如何看待科学与名利的关系”，长达两个小时的采访中，王贻芳将那些大而模糊的概念、不甚明了的谜团，细细拆分详解，于采访末尾，对如何培养从事基础科学研究的青年和孩子们，他亦提出了自己的建议——
「发现第三种中微子振荡」
《中国青年》：王院士好，中微子是如此神奇，它充满宇宙，又在我们视觉范围之外，您选择中微子科研之路是源于什么样的契机？
王贻芳：20世纪80年代，丁肇中先生向教育部建议，在中国选拔年轻学生加入他领导的位于瑞士日内瓦的L3实验室。对于我们这些刚刚大学毕业的学生来说，能够跟着丁先生，是一个很了不起的机会。去了以后，我便跟着他做正负电子对撞的物理研究，超过10年的时间，一直到博士后，我想换一个环境换一个方向。有了之前跟随丁先生研究正负电子对撞的基础，当然有很多机会，最后挑了中微子这个方向。
《中国青年》：当时研究中微子的人多吗？
王贻芳：现在研究中微子的人也不多。当时，中微子研究并不热门，且这一领域的很多实验结果互相矛盾，大家都觉得是一个相对混乱的领域，没有做出什么成果，研究结果出来大家也不太信。
我当时的考虑是，我之前所在的正负电子对撞实验组有400多人，项目研究的组织机制相对成熟，所以具体到个人，能发挥的作用和空间就比较小。
当时，Palo Verde中微子实验尚处于讨论设计阶段，我跟斯坦福大学教授格拉塔做研究，我们这个实验的负责人是加州理工学院的教授博姆（Felix Boehm）。他曾在20世纪50年代追随物理学家吴健雄做博士后研究。实验组里就二十几个人，我有很大的发挥空间。我做的第一件事就是做实验设计和模拟验证，从1996年到1999年，我帮助实验组第一次设计了完整的蒙特卡罗模拟，用以计算设想的科学目标是不是能够实现、如何才能实现等等。
之后又设计了读出电子学和触发电路，找厂家生产出印刷电路板，自己焊接、安装，然后取数，从头到尾把整个系统做完，又参与探测器的建造，一个人从头到尾做最后的数据分析。在那个阶段，我对科学研究的兴趣得到了充分的发挥且有了更多的经验，2001年，我回国开始做中微子的研究。
《中国青年》：人类研究中微子取得了哪些进展？
王贻芳：在构成物质世界的12种最基本的粒子当中，中微子占了其中的3种。从物理学而言，三种中微子有三种振荡模式。第一种中微子振荡是1998年日本超级神冈实验中发现的大气中微子振荡；第二种振荡是加拿大SNO实验发现的太阳中微子振荡；而我们发现了第三种振荡——有时也被称作反应堆中微子振荡。
《中国青年》：为了争取在我国建立中微子实验装置，您做了大量的工作，能否讲讲其中的故事？
王贻芳：中微子振荡被日本和加拿大的实验室发现后，大家都希望进一步推动研究，国际上差不多提出了8个反应堆实验项目，但与此同时，大家也都认识到8个实验不可能全部展开，势必会重新组合分化，每一个组都想着怎么把别人吸引到自己的组里来，组合成最强的队伍来做这件事情。
通过一轮又一轮的协商和交流，最后我们基本可以确认美国的科学家是最有可能跟我们合作的，因为实验要得到核反应堆的支持，而这恰恰是美国的项目所缺乏的。于是我们领他们到大亚湾核电站现场去看。美国的科学家们一看，确认我们在得到反应堆的支持方面走在他们前面，所以综合考量，最后下决心跟我们合作。可以说中国核工业体系的强大和支持是很关键的。
《中国青年》：江门中微子实验和之前大亚湾的实验装置有哪些不同？
王贻芳：江门中微子实验是我们在大亚湾实验完成之前就提出的，为了研究中微子的质量顺序、精确测量中微子的振荡参数。这在粒子物理学中，是一个非常重要的研究目标。
所以，这对我们的探测器提出了更多、更高的要求。第一，相较于大亚湾，江门中微子实验探测器的规模要大200倍左右。第二，对于液体闪烁体的透明度又有新的要求，整整2万吨的液体闪烁体，里面能够允许的灰尘重量不能超过8毫克，这在实际操作中当然非常困难，表面清洗要达到极为苛刻的程度，远超过半导体工业对表面清洁的要求。但我们计划于明年夏天全部建成。
《中国青年》：做科研，失败是常事。您在中微子研究过程中受到挫折或极有成就感的一刻，能否与我们分享一下。
王贻芳：失败有无数次。比如探测中微子需要液体闪烁体，前期我们做大亚湾实验的液体闪烁体时，找了一家企业，花费将近两年的时间才意识到，这件事依靠他们是做不成的。后来我们在自己所里找化学专家们讨论，经过多次探讨，张智勇研究员认为可以一试，之后他投入了巨大的精力，发明了全新的化学配方，使得实验最后能够成功。
在具体实验中，我们还要从实验室里的几升、几公斤做到几十吨，这相当于从化学到化工的差距。探测中微子的这种液体闪烁体不能接触除有机玻璃和聚四氟乙烯之外的任何东西，更要控制灰尘量。在制造过程中，我们经历过无数次的失败。从发现化学配方到解决所有问题、做出满足我们质量要求的液体闪烁体，中间用了不止三年的时间。这是一个不断发现问题不断解决问题的过程。
终于，2011年12月25日，大亚湾中微子实验装置安装成功，正式运行。两周之后，我们便看到了数据异常，随后用了三个月的时间测定中微子振荡的参数，发现了第三种中微子振荡模式。
《中国青年》：液体闪烁体在探测中微子振荡方面有哪些独特的价值？
王贻芳：探测中微子需要靶，中微子与设定的靶发生相互作用才能产生信号，这个信号就是正电子加中子，我们需要把这个信号读出来，就是所谓的中微子信号。
液体闪烁体的特殊性就在于它含有的质子数量非常多，中微子跟质子发生反应的几率比较高，大量的液体闪烁体相当于密集的靶，中微子打上去就会产生信号。
我们收集到正电子加中子，就知道来了中微子，发生了反应，中微子和质子碰撞的时候，产生的中子和正电子通过电离损失能量，损失的能量会变成光，这些光信号被探测器内部的光电倍增管捕捉和放大，然后被记录和分析，所以液体闪烁体既是靶也是探测介质。
我们用的这种液体闪烁体，非常安全，不易燃，安全性好。
国际上的液体闪烁体从20世纪40年代开始逐步发展。掺钆液闪的使用寿命过去在三到五年之间，我们大亚湾和江门实验的液体闪烁体使用寿命可以有几十年，极大地节约了科研成本。应该说，这是世界上目前最透明、最稳定的液体闪烁体。
《中国青年》：江门中微子实验探测器项目从立项到建设，您不断攻克各种难关，是怀着怎样强烈的使命感？是为了冲击诺贝尔奖吗？
王贻芳：我们提出了科研目标，又从国家拿到经费，不可能不把它做成。既然有了承诺，就必须要实现。既然提出了个国际领先的目标，尽管遇到各种各样的困难，还是必须要把它做出来。社会上有一些声音，说将来要冲击诺贝尔奖，但于我而言，做科研一定是享受这个过程，而不是某一个结果。就像是，如果有人告诉你，这个研究一定得不了诺奖，难道我们就不继续了？
“拿奖”这个目标太浅了，太简单了，如果为此去做科研，那么很容易就放弃了。奖项不应该是做事情的动力。
「科研要不断走新路」
《中国青年》：有人称中微子是“幽灵粒子”，为什么这么说？
王贻芳：就是一种形容，它比较难探测，像幽灵一样不太容易找得到，你把它比喻成别的难探测的东西也行，但跟大众理解的幽灵没关系。
也因为它难以探测，不知道谁把它说成了“幽灵粒子”，传来传去，“幽灵粒子”被传成了“幽灵”，以讹传讹。
《中国青年》：有科学家说时间不存在，只有空间和运动。我看到您曾在采访中用青苹果和红苹果比喻中微子，是比喻中微子的运动过程吗？
王贻芳：中微子有三种，就像苹果有不同颜色一样。这只是比喻，也可以是梨、葡萄。
时间跟空间是整个宇宙当中的一个最根本的部分。我们会从广义相对论的角度看时间和空间的关系，但这种认识是不是绝对正确，将来还会不会有新的发展，我们不知道。现在从物理学的角度来说，我们并不特别理解时间，时间是有方向性的，空间是对称的，时间是不对称的，它一定是往一个方向走，所以，对时间的深刻理解，我们还需要进一步探索和研究。当然，它显然是存在的。
《中国青年》：您怎样看待科技前沿的新发现和唯物主义的关系？
王贻芳：作为科学家，我认为物质世界客观存在，它不以人的意志为转移。而客观世界的规律，是可以被认识的，我觉得科学跟辩证唯物主义是吻合的，科学研究本身就是一个不断探索唯物世界的过程。
《中国青年》：在苍茫的宇宙中，您怎样看待中微子的作用？有人说人的身体每天都穿过几吨重的中微子，有这么多吗？
王贻芳：每立方厘米宇宙中就有300个中微子，中微子在我们周围无处不在，从宇宙大爆炸到我们身处的地球、附近的太阳等都产生中微子。其实我们每一个人的人体也是中微子源，每一个人每天会发射出几亿个中微子。
《中国青年》：中微子在宇宙中起着怎样的作用？
王贻芳：目前还不知道如何利用，但是中微子跟我们每个人都有关系。宇宙中有银河系存在，有太阳系存在，有地球存在。宇宙在早期大爆炸的时候，整个空间有一个密度的涨落，这个差别最后变得越来越大，不均匀性越来越强，衍生出了银河系、太阳系，有了丰富多彩的世界。这些都和中微子的质量有关，中微子质量如果为0的话，这个密度不同的结构是不可能存在的。所以中微子的性质对宇宙大爆炸之后如何演化到现在起了重要的作用。
《中国青年》：和其他的科学家相比，您探索新路的这种特质会更强一些，研究别人没研究过的东西的兴趣更大一些？
王贻芳：我觉得科学研究总要做别人没有做过的事情，走别人没有走过的路，或者用跟别人不同的方式来做研究，在我看来这是做科研的基本追求。
有些人或许是没想到，或许是不爱冒险、创新，当然了，创新从不会是一蹴而就的，创新也不一定意味着能成功，但我们需要有这种不怕失败的精神和习惯，要不断去试。100个科研设想里面可能只有1个是对的，大部分都是错的，但只有去验证去突破才能发现真相。
「青年科学家要有科研想象力」
《中国青年》：基础科学往往离名利较远，您怎样看待“坐冷板凳”精神？
王贻芳：基础科学研究不能有太多功利性。做应用研究是要把东西做出来，让它实用或者能挣钱，目标非常明确。而基础科学研究往往并没有特别清楚的目标，在成果出来之前，会有什么样的结果，没有人能搞清楚。研究中成功和失败的几率是都存在的，且经常失败的几率远大于成功的几率。
现在大家所听到的往往都是成功者的故事，但其实失败的人更多。他们就是在“坐冷板凳”。我们做基础科学研究，必然在开始之前就做好了失败的准备，任何一项研究，没有人保证你能成功，最后你在享受的其实是研究的过程，无论成败，这个提出设想并去验证的过程也是快乐的，如果这样想的话，就不纠结了。
《中国青年》：对有志从事基础科学研究的青年科学家，您有怎样的建议？
王贻芳：我觉得很多孩子在小学或者初中、高中，对基础科学研究就有了兴趣，也很愿意继续做下去，但是长大以后，他们的科研兴趣反而容易被功利心腐蚀，等到上了大学，如果说喜欢基础科学研究，爸爸妈妈就会说找不到工作，将来没饭吃。而科学研究之路，是需要真正无功利心地去想事情的。
我觉得年轻人应该要有勇气去做一些有风险但不一定能成功的事，要遵从自己的内心，享受研究的过程，只有这样，将来才有希望。如果每个人都是想着做一定能成功的事，那么这种成功将来也一定是“小成功”。
在基础科学研究领域，大家也关注成功的人，能坚持到最后能够获得成功的人和一直坚持没有获得成功的人，都有着一样的特质。他们都在享受研究的过程，只要做这件事情就很高兴了，至于是不是能有个大成果，谁知道呢？
《中国青年》：您怎样看待中国古代哲学家对世界的认知？
王贻芳：中国古代科学总体来说缺乏对自然的抽象认识，其长处是更多地关注人及人和自然的关系，缺点是对自然本身的关注很少，缺乏科学抽象性，这是我们哲学发展的弱点，这个弱点一定程度上造成纯科学发展缓慢。四大发明从某种角度来说，都是技术，还没有抽象成为科学。我们在把数字抽象成数学方面也有差距。非功利性地对客观世界的研究认知非常少，重技术而不重科学，是中国古代哲学及科技的弱点。
《中国青年》：您怎么样看我国基础科学研究的现状和未来？
王贻芳：在基础科学研究方面，我们跟过去相比有很大的进展，但是横向跟国际比还是有差距的，这个差距需要几代人的努力才能把它补足，千万不要自满，要意识到我们还有差距。
积极开展基础科学研究，获得重大成果，是中华民族屹立于世界之林，成为全球领先国家的现实需要。基础科学的成就是人类文明的顶峰之一，我们应该奋力攀登。困难再多，挫折再大，也不能放弃。
《中国青年》：2024年6月24日，习近平总书记在全国科技大会、国家科学技术奖励大会、两院院士大会上发表重要讲话，系统阐明了新形势下加快建设科技强国的基本内涵和主要任务，为做好新时代科技工作指明了前进方向、提供了根本遵循。在建设科技强国的历程中，讲讲您印象比较深刻的几件事。
王贻芳：我们国内的工业制造能力确实在大幅度提升，过去做不了的事情现在都可以做，过去不能想象的实验、不能想象的设备，现在我们自己可以做出来，甚至领先世界，这对我们国内的实验科学研究支撑作用非常大。
我们在做大亚湾中微子实验装置的时候，光电倍增管和有机玻璃罐都源自国际贡献，等到做江门中微子实验装置的时候，就有国内企业敢于接任务了。事实上，我们做出了世界上效率最高的光电倍增管和体积最大的有机玻璃球。
随着国家科技和生产能力的提升，对于从事基础科学研究的青年科学家来讲，他们有着更好的机会，因为工业界跟我们科学界的关系实际上是互为表里、互相支撑的关系。一方面我们对工业界提出了新的需求，使得企业能够成长，另外一方面企业有高水平的生产能力，能够制造我们需要的东西，且在设备研制过程中，技术水平也得到提高，大家一起共同发展和进步。
现在的年轻科学家，他们有更多、更好的机会充分利用环境和条件做更多了不起的事情，所以年轻人要有闯劲，也要有想象力，要勇于去做别人做不了的事情。
《中国青年》：目前我国在合肥、上海等多地都有大科学装置，吸引了很多青年人才回国。您主持的中微子实验装置是否也会对中微子研究领域的人才形成吸引？
王贻芳：当前，江门中微子实验正日益成为国际科研合作的新平台。江门中微子实验已吸引17个国家和地区、74个研究机构的750位科研人员参与，采取经费投入分担、技术共同研发、科研成果共享的方式，推动全球中微子研究共同进步。我们现在吸引国外的中微子研究人才不难，这些年有不少人加入进来，另外我们自己培养的人也足够好。有人来，我们非常欢迎，但是我们并不依赖于引进。我们还是希望自己有“造血”功能，用我们的项目培养出更多有国际地位和影响力的本土人才，这样我们在科技上才能自立自强。当然了，也不能全都是自己人，要有不同血液、不同背景、不同特长的人混合在一起做研究，才更容易有新的突破。
《中国青年》：您认为应如何让孩子们从小树立科学意识，培养他们对基础科学的兴趣？
王贻芳：我认为孩子本身对科学的兴趣是没问题的，但在成长中要屏蔽家长和社会的功利性负面影响。
我们当年读书时有一句话：“学好数理化，走遍天下都不怕。”那时学数理化是很光荣的事情，不需要屏蔽外来的功利性影响，走向科研之路是得到各种鼓励的。如果我们希望现在的孩子们和青年学者能够保持对科研的兴趣，那么社会各界都应该给予他们鼓励和认可。
点击封面购买本期杂志
监制：陈章乐
终审：陈敏
审校：刘晓 刘博文
编辑：申西
