大亞灣中微子振蕩實(shí)驗(yàn)的啟示

何紅建

繼2015年10月諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)公布之后一個(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，Super Kamiokande）。在此向大亞灣合作組，向大亞灣實(shí)驗(yàn)組的領(lǐng)頭人王貽芳和陸錦標(biāo)致以衷心祝賀！

“突破獎(jiǎng)”授予發(fā)現(xiàn)三種中微子振蕩模式

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）。大亞灣實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一項(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)。

三種不同的中微子v₁，v₂，vθ₃之間有著兩兩相互轉(zhuǎn)換的性質(zhì)，描述大氣中微子振蕩的混合角θ₂₃和描述太陽(yáng)中微子振蕩的混合角θ₁₂，分別由美國(guó)南達(dá)科他州霍姆斯特克（Homestake）探測(cè)器、日本超級(jí)神岡（Super Kamiokande）探測(cè)器、加拿大薩德伯里中微子天文臺(tái)（SNO）與神岡液體閃爍反中微子探測(cè)器（KamLAND）等實(shí)驗(yàn)證明不為零，即中微子之間發(fā)生了振蕩。

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（中科院高能物理研究所）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)堆中微子實(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)3千米的隧道和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米，直徑5米，重110噸，安置于10米深的水池中。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)變成了其他種類的中微子。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的完成除了方案設(shè)計(jì)與論證、實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍組建、立項(xiàng)和經(jīng)費(fèi)籌備等，還涉及相當(dāng)復(fù)雜的工程技術(shù)問(wèn)題，包括核電站附近的隧道施工，中微子探測(cè)器的研制及其部件的批量生產(chǎn)和安裝。此外，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，已有很多介紹，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)近期也已被大量采訪和報(bào)道，這里不再贅述。多年前，貽芳曾發(fā)給我一篇綜述文章《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，這一年大亞灣實(shí)驗(yàn)正好破土動(dòng)工。該文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，有興趣的讀者可以閱讀。

探索非零θ₁₃：理論和實(shí)驗(yàn)

恰巧我與大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)的兩位領(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年前，那時(shí)貽芳剛剛回國(guó)加入高能所，而我當(dāng)時(shí)還在美國(guó)得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校工作，經(jīng)高能所一位同事發(fā)郵件向我引見，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)檫@位同事知道我曾對(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(jué)新鮮，聽眾也不多，也沒(méi)有人料到大亞灣會(huì)在兩年之后做出如此戲劇性的發(fā)現(xiàn)。那時(shí)實(shí)驗(yàn)上還沒(méi)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設(shè)計(jì)精度可以小到2.9度（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)，然而那時(shí)該方向比較清冷。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)槟切┞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)所湮沒(méi)，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(méi)有孤立地研究θ₁₃，我們的方法是研究非零θ₁₃與非零θ₂₃-45度（即大氣中微子混合角θ₂₃對(duì)于最大混合45度的偏離）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度偏離的測(cè)量數(shù)據(jù)，就可以預(yù)言非零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解釋宇宙中正反物質(zhì)非對(duì)稱性，就需要一個(gè)非零θ₁₃以確保CP破壞的存在。我們給出的理論下限是θ₁₃>1度，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)提到大亞灣實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)探測(cè)精度是θ₁₃=2.9度。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。

我們的這一研究雖然是基于最小Seesaw機(jī)制進(jìn)行構(gòu)造，但進(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)3x3的馬約拉納粒子（Majorana particle）質(zhì)量矩陣，其最大非平庸對(duì)稱性是Z₂（μ-τ）xZ₂（solar），其中Z₂（μ-τ）決定了（θ₂₃，θ₁₃）=（45度，O度）；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。此文構(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混合（Tri-bi-maximal mixing）的假設(shè)，以及能夠?qū)С鲞@種假設(shè)的各種味道對(duì)稱群（諸如A₄，S₄等），TBM對(duì)應(yīng)于（θ₂₃，θ₁₃）=（45度，0度）和θ₁₃=35.3度。這也可以理解，因?yàn)槟菚r(shí)尚未顯示非零013的任何跡象。

令人欣慰的是，貽芳那次在清華的報(bào)告之后不到三個(gè)月，李政道先生和他在哥倫比亞大學(xué)的合作者弗里德伯格（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度兩種非零偏離關(guān)聯(lián)的機(jī)制（稱為帶電輕子的微擾方法），李先生和弗里德伯格的文章把我們研究論文（http：//arxiv.org/abs/1001.0940）中提出的方法稱為中微子微擾的GHY方法，并把兩種預(yù)言的差別做了定量比較，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、弗里德伯格通過(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)。我們把這個(gè)會(huì)議取名為“大亞灣時(shí)代的中微子物理”（Neutrino Physics in the Daya Bay Era），得到李政道先生贊同。這個(gè)名稱對(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)非零013的桂冠。李先生參加了這個(gè)會(huì)議并做了精彩的開幕報(bào)告，他的報(bào)告題目與他的新論文（arXiv：1008.0453）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，報(bào)告相關(guān)工作，并邀請(qǐng)了關(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。

自那以后，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度）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)果是預(yù)言了關(guān)于θ₁₃和θ₂₃-45度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)月后公布的日本從東海到神岡（Tokai to Kamioka，T2K）和美國(guó)主注入器中微子振蕩搜尋（Main Injector Neutrino Oscillation Search，MINOS）的兩個(gè)中微子實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合很好。例如，發(fā)現(xiàn)只要大氣中微子角發(fā)生|θ₂₃-45度|=1。的偏離，這種關(guān)聯(lián)就預(yù)言θ₁₃達(dá)到6度-9度范圍。

讓高能界振奮的是2011年6月日本T2K中微子實(shí)驗(yàn)率先發(fā)表了關(guān)于θ₁₃的新結(jié)果，表明θ₁₃中心值在9度-11度之間，而且θ₁₃>0度的信號(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，僅為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度-11度左右。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)這也的確是大亞灣采取的方案，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度。

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度。這次突破獎(jiǎng)的分享者中有T2K，而沒(méi)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。

這里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度-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度，45度）和θ₁₃=0度，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度-35度）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(méi)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)慶節(jié)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）xZ₂（solar）的最小有限群是八面體群（Octahedral Group Oh），而既不是流行的A₄，也不是S₄。這里關(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）xZ₂（solar）的破缺量θ₁₃和45長(zhǎng)-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度或者θ₁₃=45度-θ₁₂，其中沒(méi)有可調(diào)自由參數(shù)。再考慮重整化群跑動(dòng)對(duì)θ₁₂+θ₁₃的修正，可預(yù)言低能測(cè)量值θ₁₂+θ₁₃≈43度。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。輸人θ₁₂實(shí)驗(yàn)中心值給出θ₁₃8度-9度。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度，與目前T2K的初步結(jié)果一致。

大亞灣發(fā)現(xiàn)的啟示

碰巧的是，大亞灣宣布新發(fā)現(xiàn)剛剛一個(gè)月之后，王貽芳再次應(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，與兩年前形成鮮明對(duì)比。

值得一提的是，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(wèn)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做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；2010年他在清華舉辦了暗物質(zhì)的系列講座。錦標(biāo)的演講深入淺出，生動(dòng)有趣，而且相當(dāng)系統(tǒng)。他為清華的人才培養(yǎng)做出了重要貢獻(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，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。

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度-9度之間，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度），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破壞將是高能物理界公認(rèn)的下一個(gè)諾獎(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)史上迄今最重大的科學(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”。其中希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)位列第一，大亞灣發(fā)現(xiàn)排在第五位。希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)于2013年毫無(wú)懸念地榮獲諾獎(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)粒子物理學(xué)獎(jiǎng)（Panofsky Prize in Experimental Particle Physics）。高能界行內(nèi)對(duì)于2015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，都知道下一個(gè)諾獎(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β衰變實(shí)驗(yàn)中可能首次確證中微子是馬約拉納中微子，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（lceCube）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(wèn)鼎諾獎(jiǎng)的實(shí)驗(yàn)方向。

值得提到的是，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)?lì)C給了在發(fā)現(xiàn)中微子三種振蕩與混合模式的測(cè)量中做出突出貢獻(xiàn)的5個(gè)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)。這項(xiàng)大獎(jiǎng)也是對(duì)整個(gè)高能物理界那些為探測(cè)這種神奇的“幽靈粒子”而艱苦奮斗的探索者們的最高贊揚(yáng)與獎(jiǎng)賞。雖然“突破獎(jiǎng)”的宣布比諾獎(jiǎng)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)”在決策上超前諾獎(jiǎng)的眼力與果斷。此外，行內(nèi)稍有常識(shí)的人心里都知道，2015年諾獎(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)大亞灣的理解，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)中微子震蕩?！昂颓罢呦啾龋@個(gè)實(shí)驗(yàn)分量要輕。設(shè)計(jì)的時(shí)候，就知道不是諾貝爾獎(jiǎng)量級(jí)的”。

最近人們都在詢問(wèn)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。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（《從萬(wàn)里長(zhǎng)城到巨型對(duì)撞機(jī)》中做了系統(tǒng)介紹。

展望未來(lái)，我對(duì)中微子物理的前景表示樂(lè)觀?；谝陨显u(píng)述，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、以及地球物理等領(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！