開欄的話 國之大事,首重科技。70年來,中國科技呈現(xiàn)出趕超世界強(qiáng)國的氣魄。一次次科學(xué)突破,一件件工程問鼎,令人喜悅,令人感動。深埋山底的中微子探測器、九天之上的量子通信機(jī)……每一次閃爍,每一聲嘀嗒,都是為新中國前進(jìn)的步伐計數(shù)。70年來,中國科技的高光時刻頻現(xiàn),在此,本報特開設(shè)“科技創(chuàng)新70年·歷程”專欄,讓我們一起回顧中國科技發(fā)展征程上的精彩故事。
2012年3月8日,中科院高能物理研究所的報告大廳里,所長王貽芳宣布:中微子的第三種振蕩模式被發(fā)現(xiàn)了!大廳里掌聲雷動;1小時內(nèi),賀電與歡呼聲從世界各地飛來。大亞灣中微子實驗的成功,被稱為新中國成立以來最重大的實驗物理成就。
贏下這次強(qiáng)手如林的沖刺賽,中國科學(xué)家們不禁感慨十年來的酸甜苦辣。
上天眷顧有準(zhǔn)備的人
2003年秋天,深圳東邊40公里,來自北京的幾位物理學(xué)家登上了海邊的排牙山。
山上樹木蔥蘢,也遮不住嶙嶙的花崗巖。近在咫尺,是大亞灣核電站灰色水泥外殼的4座反應(yīng)堆。
物理學(xué)家難抑興奮:核電站旁邊有這樣一座小山,難道是上天眷顧中國高能物理學(xué)界——核電站放出海量的中微子,可供測量;幾百米厚的山體隔絕宇宙射線的干擾。
21世紀(jì)初,中微子成為高能物理學(xué)的寵兒。難以測量的它,寄托了解決宇宙基礎(chǔ)謎題的希望。隨著國際上看好中微子研究前景,俄、法、美、日、韓等國相繼提出8個測量“中微子第三種振蕩”方案。
此時,中科院高能所的王貽芳、曹俊拿出自己的人才基金,加上高能所特批的100萬元,開始中微子實驗的選址勘測。2003年,他們聽說深圳大亞灣核電站邊有座小山,立刻來勘查。
登上排牙山之前,他們的腦子里已有了主意:不造大探測器(當(dāng)時認(rèn)為只有體積大才能提高精度),而是做成幾個小的、模塊化的探測器。這樣便于實驗中探測器的遠(yuǎn)近點(diǎn)交換,而且運(yùn)進(jìn)去不需要太大的隧道,便于施工。
事實證明,大亞灣設(shè)施雖然完工晚于競爭對手,但由于探測器體積小,洞外安裝完畢,運(yùn)進(jìn)去稍加調(diào)試就能工作。而且多模塊探測大大降低了實驗誤差。
無私合作成就大科學(xué)工程
在科學(xué)家的論證和聯(lián)絡(luò)下,最終科技部、中科院、國家自然科學(xué)基金委、廣東省、深圳市和中國廣東核電集團(tuán)共同出資1.57億元,加上美國能源部出資3400萬美元,大亞灣實驗成為當(dāng)時中國基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域最大的項目。
中科院高能所在深圳無土地、無法人資格,不能向市政府申請開工。協(xié)調(diào)決定,以中廣核集團(tuán)的名義申請建設(shè),深圳政府予以支持。
科學(xué)家備受感動:中微子實驗不會為深圳市和中廣核集團(tuán)帶來利潤,只帶來無限多的麻煩。而中廣核集團(tuán)慷慨出資3500萬元。“大亞灣實驗開創(chuàng)了國家、地方政府、企業(yè)及國際合作共同支持基礎(chǔ)研究的先例。”中科院高能所原所長陳和生院士說。
“為了核電站的安全生產(chǎn),我們必須要讓爆破量達(dá)到最小。”工程項目經(jīng)理車紅星說,最小的一次爆破僅使用了200克炸藥。
“為了執(zhí)行核安全標(biāo)準(zhǔn),我們的隧道建設(shè)延長了約2年。”大亞灣實驗總工程師莊紅林說,這次工程實施了近3000次爆破,開掘了3000米地下隧道和5個地下實驗廳。
中心探測器鋼罐,直徑5米、高5米,壁厚僅1厘米,變形要在1毫米以內(nèi)。廣東中澤重工公司的洪紫林說,他們進(jìn)行了80多次焊接試驗,一個20噸的鋼罐“用了一年多時間才完成”。
“成本是正常產(chǎn)品的7倍,單論這個項目我們是虧了錢的。”洪紫林說,“但我們能參與到國家項目中很榮幸。”
中國制造質(zhì)量無可挑剔
實驗中關(guān)鍵的“閃爍液體”,是中科院高能所自己研發(fā)配制的。要讓釓與烷基苯混合起來,長期透明,很難。法國的實驗,液閃100天就渾濁,實驗被迫終止。大亞灣的科學(xué)家經(jīng)過幾年摸索,才把液閃配方的穩(wěn)定流程搞清楚。他們摻入0.1%的一種稀土元素,縮短了中子的俘獲時間同時降低噪聲。
同一實驗廳放置2—4個全同探測器進(jìn)行對比測量,這個方案曾被美國合作方激烈質(zhì)疑。最后證明中國人的想法是大膽而正確的。
裝配大廳的水泥地面建設(shè)完工后,來自美國的科學(xué)家,趴在地上一寸一寸用硬木敲擊,側(cè)耳傾聽,保證地面沒有一點(diǎn)點(diǎn)空隙,以確保設(shè)備的安裝質(zhì)量。他們發(fā)現(xiàn)“中國人的施工質(zhì)量無可挑剔”。
實驗開始后,每天數(shù)據(jù)多達(dá)250GB,同時傳輸?shù)奖本┲锌圃焊吣芩褪澜绺骱献鲉挝唬蟹降姆治鍪亲羁斓模蛔罱K結(jié)果采用了中方的分析。曹俊說,這歸功于中方預(yù)先開發(fā)分析軟件,并模擬演練。
別人在過年,大亞灣在沖刺。大亞灣的成功是“搶”出來的,與各國一流科研機(jī)構(gòu)的合作中,中國團(tuán)隊?wèi){實力贏得了尊重,讓國際高能物理界看到了漂亮的中國數(shù)據(jù),聽到了響亮的中國聲音。
爭分奪秒率先撞線
3個實驗大廳先后挖好。為爭取時間,剛挖好的洞廳,就開始安裝設(shè)備。新巖洞又熱又潮濕,進(jìn)去20分鐘渾身濕透。回到宿舍,大家累得“只能躺著洗個涼水澡”。
裝配吊車的一個螺栓壞了,由于是特制的,必須從河南取來。馬上有科學(xué)家坐飛機(jī)過去,機(jī)場交接,即刻返回。
實驗室電纜布線,設(shè)備工藝,與國際同行網(wǎng)上開會……為贏得國際競爭,大亞灣沒有節(jié)假日,“白加黑”“五加二”,兩班倒工作16個小時是常態(tài)。
在研制液閃大規(guī)模混制設(shè)備時,工作人員連續(xù)一個月試產(chǎn),每天從上午忙到第二天凌晨4時。
2011年,日、美、法等國相繼發(fā)布了中微子第三種震蕩的“跡象”。為首先撞線,大亞灣果斷改變8探測器的方案,先使用6個探測器,2011年12月24日起至2012年2月17日搶先測數(shù)。成功結(jié)果就來自這一階段的數(shù)據(jù)。
論證4年,施工3年,安裝實驗設(shè)施1年,取數(shù)55天,分析只用半個月,這就是大亞灣的速度。進(jìn)度曾經(jīng)領(lǐng)先世界的韓國同行,在中科院高能所成功后3周發(fā)布了類似結(jié)果。
中科院高能所宣布成功當(dāng)天,李政道先生發(fā)來郵件:“這是物理學(xué)上具有重要基礎(chǔ)意義的一項重大成就。”
大亞灣人自稱“一群勤勞的螞蟻”:工作在陰暗潮濕的隧道,卻造出一座美麗的科學(xué)宮殿。