七日談（北京篇）/為什麼研究「幽靈粒子」\葉 梅

十二年前，我多次到中國科學院高能物理研究所，先後採訪了一批著名的高能物理學家，撰寫了長篇報告文學《大對撞》（再版為《粲然》），此書圍繞我國第一台大科學裝置，也就是北京正負電子對撞機的建造始末，反映了中國幾代物理學家的艱苦探索。

何為正負電子對撞機？

科學的解釋：即把正電子和負電子（也就是通常說的電子）分別加速到接近光的速度，使它們具有很高的能量，在磁場的約束下讓它們迎頭對撞的裝置。根據愛因斯坦相對論的著名公式E=mc²，正電子和負電子湮沒後，會產生其他的新粒子。帶有正負電荷的粒子之間的相互作用，形成了原子分子以至世界萬物，而人們對粒子的了解，其實是對自然的了解，是宇宙間最根本的問題。

成功建造北京正負電子對撞機的科學家團隊，以王貽芳為代表的年輕一代，在對撞機取得一系列研究成果的同時，很快向新的領域掘進，在大亞灣開展了中微子的研究，後又提出在廣東江門建造巨大地下實驗站的宏大構想，經過數年論證，二○一三年項目獲批立項。二○一五年，實驗站在廣東江門正式開工。

在建造工程中，經高能物理研究所的介紹，我來到了江門中微子實驗站的建設工地。高能物理研究所駐開平辦事處的一位青年科研人員，在帶我去工地的路上，興致盎然地聊起「中微子」。聊着聊着，像是在說一個無處不在，來無影去無蹤的幽靈。他說，在王貽芳主編的《探索宇宙「隱形人」──大亞灣反應堆中微子實驗》一書中談到：中微子就是一個「隱形人」。

也就是人們說到的「幽靈粒子」。

科學證明，從時間開始的那一刻起，中微子就無處不在，構成了世界的本源，但人類認識它卻僅有八十餘年，許多未解之謎等待着人們的破解。最近數十年間與此相關的研究已有四次獲得諾貝爾獎，可見中微子的研究是多麼受到重視和極其不易。美國科學家雷蒙德·戴維斯因為觀測中微子的開創性工作而獲得二○○二年的諾貝爾物理學獎，諾獎委員會形容他的工作：「相當於在整個撒哈拉沙漠中尋找某一粒特定的沙子。」

中微子以近似光速的運動，神秘自由地穿行於地球，有人稱它「幽靈粒子」，因為在構成物質世界的十二種基本粒子中，中微子是人類了解最少的一類。事實上，中微子或許可以說是宇宙產生的最重要但也是最小的精靈，如果沒有它，太陽不會發光，也不會有銀河系、地球、人類。更為奇妙的是，其實中微子就在我們身邊，每秒鐘幾十億個中微子以接近光傳播的速度穿過我們的身體。而一個成年人其體內的天然放射性核素每秒也會釋放出三億多個中微子。中微子幾乎不與任何物質發生作用，在它的眼裏，地球幾乎是透明的。因此，雖然它無處不在，但人們卻很難發現它的蹤影。

無垠的世界，有一些最基本的物理規律，人類通過科學研究，用智慧搭建起了一個個「標準模型」來闡述那些規律，可中微子振盪與那些標準模型並不兼容。

二○一二年，物理學家王貽芳作為「大亞灣中微子實驗」項目的首席科學家，帶領科研學者們歷時八年首次發現了中微子的第三種振盪模式，並精確測量到其振盪的概率。這項石破天驚的研究，為當時正處在迷茫「岔路口」的中微子研究找到了未來發展的方向，入選《科學》雜誌評選的「二○一二年度十大科學突破」，並被美國同行譽為「中國有史以來最重要的物理成果」。

從大亞灣到江門開平打石嶺，王貽芳等中國物理學家的布局裏，有着新的願景。他們在這裏的首要科學目標是測量中微子的質量順序，即不同類型中微子質量的差別。基本實驗原理與大亞灣實驗相同，但江門打石嶺距離台山核電站和陽江核電站各五十三公里，是中微子振盪的預期極大點，建在地下七百米深處的實驗站，可以屏蔽掉絕大多數宇宙線，可謂天造地設。

後來幾年的建設過程，歷經了重重挑戰，但終於在二○二一年底，完成了地下實驗廳土建工程，隨即轉入精密探測器設備的安裝調試階段。為了精準捕捉極難探測的「幽靈粒子」，實驗廳安置了一個全球最大的巨型有機玻璃「水晶球」，球內裝滿專用探測液體，搭配數萬台高精度探測儀器。

二○二五年八月，江門中微子實驗站經過前後十餘年的建設和實驗裝置的安裝，宣告全面建成，正式投入運行。二○二五年十一月，實驗站公布了首批科研成果，大幅提升了太陽中微子相關數據的測量精準度，印證了科學界一直探討的太陽中微子相關現象，為人類探索全新的物理認知提供了重要參考。目前已匯聚全球十七個國家和地區的科學家共同開展研究。二○二六年，又迎來里程碑式的重大突破，科研團隊通過海量觀測數據，以百分之九十七點五的超高可信度，基本確定了三種中微子的質量大小順序，這也是目前全球最精準的相關探測結果，解開了粒子物理領域困擾科學界多年的難題。

很多人仍會好奇，為什麼要研究神秘的中微子？

正如當年著名物理學家李政道先生談到基礎科學與應用科學、產品科學的關係時，所舉的清水和魚的關係：

基礎科學清如水，應用科學生游魚，產品科學魚市場，三者不可缺其一。

對中微子 ─「幽靈粒子」的研究，讓中國在這一前沿科研領域站在了世界前列，為探索宇宙之謎不斷朝前跨越。同時，為滿足實驗站高精度研究需求，自主攻克了多項尖端技術，帶動了高端科技進步，研發出的精密探測、超純淨材料等技術，不僅服務於基礎科研，還能應用於醫療檢測、核安全防護等多個民生和安全領域，兼具極高的科學價值和實用價值。當然，答案並不限於此，人類對於世界的認知，仍在一步步前行。