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见证这场国际竞赛

2017-12-07 10:23 来源:光明日报 谈安迪

  新华社发

  2012年8月16日,我乘坐运送“熊猫计划”(PandaX)设备的卡车,三天三夜几乎没睡,奔波两千五百公里到达四川。那是我第一次到四川,到今天,整整五年。

  今天,我不给大家科普暗物质,以参与者的视角讲讲背后的故事。

  2010年9月,我还是一名上海交通大学致远学院大三学生,首次在季向东教授的物理课上听到暗物质,我深深为之着迷。得知PandaX需要有志从事物理实验的同学一起“玩”,我就申请加入PandaX实验组。两年准备期,我们跨过技术壁垒,成功研制设备。2012年8月,由我押车,陪伴襁褓中的“熊猫”开始从上海到四川的征程。

  2014年10月,一期实验告一段落,“熊猫”度过了它的童年,要加入国际竞争了。实验组委派我负责协调从一期到二期实验的升级,之后还委任我作为二期实验的现场负责人。我们踌躇满志,认为有了一期的经验和前期研发,作一个体量大几倍的探测器不在话下。

  可事与愿违,探测器在调试运行中发现有泄漏。这只是第一次失败。紧接着是第二次、第三次、第四次……每一次修复都要经过2、3个月的周期。

  我也曾经动摇过。那一天,2015年9月26日,我开车穿过10千米的隧道,将小伙伴们送回营地后,独自留在车内。我彻底崩溃了:是不是整体实验设计方案有问题?是不是应该全盘否定推倒重来?我是不是不该读博士?我的学术生涯是不是就要这样结束了?我为什么不听劝告去当个程序员或者去银行找个工作?我趴在方向盘上一动不动,哭了不止半小时。

  但我不甘心。我拿起电话打给刘江来教授,我有一个大胆的方案:在现场直接对零件进行切削,大幅度改变电场的设计。这会使设计不完美,但完成远比完美更重要。经过几天的讨论和争辩,团队优化了方案。2015年11月底,我们终于开始数据采集。那一刻,所有人都喜极而泣:我们成功设计、制造并运行了一台世界上最大、最灵敏的暗物质探测器。

  然而,发展并不顺利。探测器的问题解决后,因为氙气的提纯和蒸馏又遇到数次失败。直到2016年3月9日,PandaX-II才开始稳定运行。

  世界上探测暗物质的实验有不同类型,与我们采用类似探测技术的,有美国主导的LUX实验和美国与欧洲共同主导的XENON实验。两家实验相互争夺着对暗物质参数空间限制的世界领先地位。科学研究只认第一、不认第二,我们必须分秒必争。

  2016年7月21日,我与季向东教授参加了在英国的国际暗物质大会,发布了二期实验的第一个物理结果,对暗物质存在的参数空间做出了当时最强的限制,与同期发布的LUX实验的最后一个物理结果相当,引起了国际同行的强烈反响,论文以《物理评论快报》封面文章形式发表。

  不过,优势并没有保持太久。2017年1月,LUX实验发布的结果超过了PandaX-II的灵敏度。2017年5月,XENON1T实验结果又超过了LUX。

  而我们又经历了一次失败——氙气又需精馏提纯。2017年春节,我在锦屏度过。4月,我们恢复了实验数据的采集。8月,季向东教授在2017国际高能粒子天体物理大会上公布了PandaX-II最新结果。我们再次取得世界领先的灵敏度!

  2015年,我在锦屏现场288天,2016年280天,2017年预计也会超过280天,我最美好的青春在四川大山中陪伴“熊猫”成长,成了一名不折不扣的山底洞人。

  我是幸运的,我的祖国有足够的气魄和格局,去做一些仅有长远收益的投入;我的家庭非常开明,鼓励我去成为一个自己想成为的人。

  很多人问我:暗物质有什么用?我很难回答这个问题。基础科学并不仅仅为了“有用”。我们的项目极有可能首先直接探测到暗物质粒子,也有可能若干年后我们的方向被证实是错误的。但这都没关系,人类对于自然的探索绝非教科书那么简练。历史长河中绝大多数的科研工作都是“炮灰”,都是试错,但绝非毫无意义。它告诉后人,在不可数无穷多个探索方向中,有一个看似能有突破的方向很可能走不通。

  基础研究99%的过程都伴随着超高强度的体力和脑力劳动,伴随着枯燥、乏味、痛苦和自我怀疑。但当那1%“会当凌绝顶”的尖峰时刻来临,“幸福”二字不足以描述人类精神需求中自我实现层面的巨大满足。我只是想满足我的好奇心,也是人类的好奇心。我热爱这样的基础研究,热爱探究自然奥秘的真相。

  (作者:谈安迪,系PandaX项目组成员,博士研究生)

(责任编辑:王蔚)

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