运城配近视睛哪里好:态℃ |未来科学大奖得主陆锦标:在正确的时间站在正确的地方

2019-10-09 09:53:51 来源: 态℃ 举报
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出品 | 网易科技《态℃》栏目组(公众号:tech_163)

2019年9月7日,2019未来科学大奖获奖名单正式公布,其中「物质科学奖」颁予王贻芳、陆锦标两位科学家。王贻芳和陆锦标领导的大亚湾中微子实验合作组,在中国广东大亚湾核电站附近首次发现了一种新的中微子振荡模式,精确测量了它们由于振荡现象而引起的消失概率。这个发现,是全世界高能物理学家们十几年来梦想着能做到的事情。

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有鉴于此,2019未来科学大奖将「物质科学奖」颁给王贻芳和陆锦标,评语为:实验发现第三种中微子振荡模式,为超出标准模型的新物理研究,特别是解释宇宙中物质与反物质不对称性提供了可能。

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在获奖当日下午3点30分,陆锦标教授接受了网易科技记者与未来论坛青创联盟成员、青年科学家苏萌的联合采访。

「在正确的时间站在正确的地方」

「未来科学大奖」是中国首个由科学家群体和企业家群体共同发起的科学奖项,它奖励的科研成果,要求具备这样几个条件:在大中华地区完成、在国际学界具有影响力、原创性,并且该成果已经经过相对长时间的检验;对获奖者的国籍、性别和年龄不设限。该奖2016年设立,2019年是第四届。颁奖仪式将在11月份举行。

陆锦标教授首先引用牛顿的话来表达自己的获奖感受。牛顿是历史上最伟大的科学家之一。牛顿曾说过,他觉得自己就像一个在海滩上的小孩子,不时地为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞,但展现在他面前的是完全未探明的真理之海。

陆锦标教授对此深有同感。他与王贻芳领导的团队发现了第三种中微子振荡模式,精确地确定了第三种振荡模式的振荡几率,测定了中微子相互振荡的3个混合角中的最后一个角θ13。这个巨大的发现,表明中微子有可能破坏宇称与正反粒子联合对称性(CP)。CP破坏在理解粒子层次结构及其相互作用性质方面非常重要,而且在解释宇宙以正物质(而非反物质)为主这一事实也是十分必要的。

对于自己的研究工作,陆锦标教授认为,自己就像是牛顿所说的那个在海滩上的小男孩,捡到了真理之海中一个小小的贝壳。但,陆锦标教授并不认为自己的研究成果是幸运。他说,自己是「在正确的时间站在正确的地方,」他将会把部分奖金捐赠出去。

「最初我是怀疑中微子的」

其实,陆锦标并非最初就开始接触中微子。

他于1976获香港大学物理学学士学位,并随后赴美深造;1983年,陆锦标获得罗格斯大学物理学博士学位,之后又在华盛顿大学做了3年研究,1986年成为费米实验室的威尔逊硏究员,于1989年就职于加利福尼亚大学伯克利分校。

「我年轻的时候对中微子非常怀疑,因为当时很多实验都给出了错误的答案。直到九十年代,我才对中微子感兴趣:当时人类发现了中微子振荡,这在当时是最新的论证。」

到了2002年,正在参与日本神冈反中微子振荡研究的陆锦标,研究用不同的实验方法去确定中微子混合角度θ13,他突然意识到用核反应堆获取中微子是最佳方法,于是他开始跟进各地的核电站的能量和地理环境。

而王贻芳在回国前也是参与日本神冈反中微子实验,由此陆锦标结识了王贻芳,两人之间的合作开始,共同推动核反应堆中微子实验。

陆锦标坚信,粒子物理学是物理学的一个重要分支,即使人们怀疑它能不能走到终点、也负担不起越来越大的设施,它是不会消失。他向青年科学家们喊话:这是一个需要付出耐心的领域,有志于此的年轻人必须做好准备、考虑清楚自己的个性是否适合,现在这领域正走到一个十字路口上,没有人知道何去何从,未来还有很长的路要走、但希望路上有充满着令人「兴奋」的东西。

「开头是最难的」

合作研究中微子的道路并非是一帆风顺。

「那时中国发展粒子物理的时间并不长,在世界上也不知名,人们对中国的了解不多,只知道北京的正负电子对撞机。」 陆锦标教授说,「但我发现大亚湾核电站是我做研究最好的地方,从现在回过头去看,中国出现在正确的时间和正确的地点,用中文说,那时中国汇聚了‘天时地利人和’。」

「开发期是很难的,当时中国的粒子物理学在世界上并不出名,很多欧洲的同事都决定在自己的地方做实验。」为了让实验得以持续,陆锦标教授在中美两国之间进行沟通。他说服了美国能源部,并在李政道等物理学家的大力协助下,中美两国政府都乐意支持这项实验。

他们不仅克服了这些难题,还靠着努力及良好的团队合作,超过了法国和韩国的相关研究。「我们非常清楚我们必要知道θ13的大小,才能持续我们对中微子振荡的研究。那时,这是个很重大的问题,必须解决。我认为,基本上中美两国都是以此为共同目标,这非常有利于推动这项合作。」

2012年3月8日,大亚湾实验组公布发现了第三种中微子振荡模式,并精确测量到其振荡概率;而韩国的结果比大亚湾晚了25天。

「在我们发现θ13不是零之后,它带来新的研究机会。」陆锦标说,他正在研究中微子CP破坏,「我们将研究中微子振荡,将它与反中微子振荡进行比较。中微子和反中微子将有相同或不同的表现,要是不同,我们可以说他们在物质和反物质之间有不同行为。」

他认为,这是解释为什么当前宇宙是由物质主导的关键因素。

以下为采访实录:

问:陆教授,您好。再次恭喜您获得2019未来科学大奖,非常感谢您接受我们的采访。听闻获得今年未来科学大奖物质科学奖,您第一个想法和感受是什么? 此时此刻,您想要和谁分享这次获奖的消息?在结束采访后,您最想做什么?

陆锦标:好的,首先,非常感谢您的采访和祝贺。这对我来说是一份巨大的殊荣。我们先从第一个问题开始。让我先提一下艾萨克·牛顿,大家应该知道牛顿是人类史上最伟大的物理学家之一。他说他好像一个在海边玩耍的孩子,不时为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞。在我而言,我就是一个小男孩,在海洋中找到了一个小小的贝壳。我只是在正确的时间里出现在正确的地点上,感到非常幸运,首先完成了这个实验。

问:您起初是如何选择中微子振荡作为研究方向的?

陆锦标:这是一个好问题。我比较年轻的时候,也曾经对中微子物理学抱有质疑,因为过去有很多中微子实验,得出的是,你知道,后来认识到是错误的结果。然而,通过利用核能反应炉,我决定从事中微子实验的研究,那时人们已发现了中微子振荡,这在那个时期算是个新事物,但依然有着诸多对它的质疑。幸运的是,当时一位日本同事提出了一个新实验(KamLAND),那是中微子历史上一个非常重要的核反应堆中微子实验,这实验利用日本所有的核反应堆所产生的反中微子来证实中微子振荡。 因此,我决定参加这个日本实验,花更多时间研究中微子物理学,真正开启我在这个领域的研究。

问:我很想知道您认为首次探测到θ13震荡角对高能物理学的整体未来发展最重大的意义是什么?

陆锦标:那是个历史性的进步。因为在KamLAND之后,人们开始思考未来的实验方向,我那时也收到邀请加入一个新的日本实验(现在我们称它为T2K)。不过那时,它有着不同的称呼。 随着这个日本实验的话题出现,我决定参与其中。然而到了2002年,在我研究了不同的实验方法去确定中微子混合角度θ13后,我意识到了核反应堆是最佳的方式。因此,到了2003年,我开始探索世界各地的核反应堆,看哪个地方最适合做不同的θ13实验。因为我是从香港来,我意识到大亚湾核电站是一个可以考虑的选择。因此,在与香港的朋友进行了探索和讨论后,我得出结论这确实是最好的选择。这就是我如何启动、设计这个实验并与中国科学院高能物理研究所等合作单位的同事开始合作的过程。

顺便说一下,王贻芳是位很好的负责人,在他回到中国前,我们就在KamLAND共事过,我们已经认识对方。这样,我们的合作很自然就开始了,共同推动通过大亚湾核电站来进行实验。

问:现在回看当时您决定跟中国开展合作是一个非常有远见的决定,中国正在加强对基础科学和大科学装置的投入,尤其是您长期以来与中国物理学家合作?您的动力是什么?您如何看待在中国发展高能物理学和基础科学的机会?

陆锦标:起初非常艰难,因为正如你所说,那时候中国相关学科发展的时间并不长,或者说在世界范围内不是很突出。人们对中国的了解并不多,只知道北京的正负电子对撞机。正如我刚才所说,在我调研了世界各地的核电站后,我相信大亚湾核电站将会是我理想的实验设施。在中国有合适时间和地点,我突然想到了一句古话,中文叫「天时地利人和」。当我和香港的朋友提及时,我们意识到,这里可以在我规划的时间里做出相关实验。我刚才说过,那时我已经认识了王教授和一些香港的物理学家。所以,我们自然而然就交流上了,说服他们考虑我的实验提案。那时的中美关系发展良好,我用有关大亚湾实验的好处说服了美国能源部。

后面也有不少物理学家为我们提供了大量帮助和支持,我们成功地说服了中国政府支持这项试验。我想提到另一位最重要的支持者是李政道教授。他在促使这项实验在中国获得批准方面发挥了非常关键的作用。

问:您刚提到,20年前中国在中微子物理学的基础很薄弱,这方面的科学家很少。不过之前您与中国科学家合作十几年之后,在对θ13的探测研究上取得了伟大的成果。那么从这么薄弱的基础,到世界一流的重大的成就。您认为,是哪些因素让中国科学家与美国、欧洲等国际不同国家的科学家在这个实验的合作如此成功?让中国在这个领域迅速发展起来?

陆锦标:我认为,最重要的驱动力是人们真正意识到测量θ13的重要性,因为我在2003年提议这个实验的时候,我们并不知道θ13的大小。我们非常清楚知道我们必须知道θ13的大小才能研究CP破缺,这关系到我们继续对中微子振荡的研究。那时,这是个很重大的问题,必须解决。我认为,基本上,中美两国都是以此为一致的共同目标, 这对于有效的推动这项合作很有帮助。

问:探测θ13是一个国际性的竞争,不仅是大亚湾在做中微子实验,韩国、法国等国家也在做实验。您如何赢得这个比赛?我们听说韩国队在你们公布成果之后的一个月也发表了他们的结果,竞争非常激烈,是什么让您的团队在这比赛中领先于他人呢?

陆锦标:这是个非常好的问题。我认为我们成功发现θ13的原因是良好的团队合作,因为不是所有的合作都有共同目标。当我们的实验还在推进的时候,我们已经了解到来自其他地区的强大竞争力,因此我们必须合作,克服所有阻碍我们在比赛中前进的障碍。

问:从您认为大亚湾是个好机会做θ13实验到取得最终结果的过程中,您必须组建团队、说服合作方加入,与年轻的人共事,甚至是不同背景的年轻人。您提到过团队合作十分重要,是赢得这场比赛的关键因素。因此,我们想知道您如何建立、组织好这样成功的合作团队?您对您的团队有怎样的评价呢?

陆锦标:的确,在开始的时候,并不容易;说实话,就像我刚才提到的,在前期中国的粒子物理学在世界上并不突出。因此在初期,很多欧洲同事都有所顾虑,他们决定继续做自己的实验。我那时在美国,就像我刚提到的,美国能源部非常支持,他们也很快认识到这将会是一个快速推进并完成的实验,理应得到支持,尤其是学术界也意识到了研究θ13的重要性,我们与同事解释了各方面的理由,之后大家就决定合作。我们很感谢各地的研究机构和政府相关部门给我们的支持,尽管他们并不完全理解你所想要做的事情,但听了别人给他们的讲解,他们认同事情意义重大,因此他们也愿意支持我们。

问:非常感谢您分享这些历史,您觉得在这个长期的合作过程中遇到最困难的是什么事情?

陆锦标:最困难的还是最初的时候,的确非常艰难。我们必须与两个政府沟通,让他们为我们提供支持。

问:的确如此。大亚湾中微子实验上您花了多年的心血,推进了领域内研究的进展。我相信,在大亚湾实验成功后中微子探测领域有下一个阶段的研究方向。您能否告诉我们,中国在这个您从事的领域有什么新的机会吗?

陆锦标:在我们发现θ13大于零后,它带来了很多新的研究机遇,尤其是中微子物理学方面。我们尝试理解所谓的中微子质量顺序问题,这还是个开放性的问题。 随着θ13不为零,我们也能用核反应堆来解决那个问题。现在,中国同事们正开展新的实验试图解决这个问题。与此同时,我们也知道我们现在能研究关于中微子CP破坏的。我们将研究中微子振荡,并将它与反中微子振荡相比较。中微子和反中微子将会有相同或不同的表现。要是不同,我们可以说他们在物质和反物质之间有不同行为。因此,这是解释目前宇宙中物质占主导地位的关键所在。而现在,我正在研究中微子CP破坏。

问:嗯,好的。您还在与中国科学家合作并参与在中国开展的项目吗?

陆锦标:现在大亚湾项目还在进行,我将继续和中国同事合作。对于下一代实验,我还没有参与,因为我已经投入一个称为「DUNE」的实验,我利用它来探索中微子振荡的CP特性。

问:感谢您的分享。我想多加一个问题,这是关于我的个人研究兴趣,关于中微子物理的研究。我做天体物理的研究,我们知道从宇宙微波背景辐射的观测可以测量中微子的总质量,联合其他宇宙学的观测手段比如超新星事件、星系分布特性等,人们正在为此付出巨大的努力。您如何看待未来天体物理学、宇宙学、粒子物理学和基本物理学的融合?将这些领域汇集一起会带来什么机会?

陆锦标:我认为我们有相同的关注点,我们已经把这些领域融合一起,基础物理学现在包括粒子物理学和宇宙学。您能注意到人们在用不同方式去解决一些基础科学问题,您提到宇宙微波背景辐射和其他的宇宙学的观察,比如星系大尺度结构。其实我对你提到的领域也很感兴趣,我曾和一些研究宇宙学的同事合作,利用刚提到的天体和宇宙观察来测量中微子质量的总和,不过实际上,我作为门外汉,像一个幼儿园学生一样,我在这项研究的供献很有限。

问:我想说中国正在开展建设一系列的大型科学装置去研究这些基础问题,已经发射的暗物质粒子探测卫星悟空号,中国空间站的2米光学望远镜会在未来不久观测星系的大尺度结构,还会有一个叫做HERD的实验专门探测高能粒子,中国将在高能天体物理学上有一系列的卫星。这些大型空间设施和地面实验的融合会有更好的明天。最后这个问题比较不容易回答,不过我还是要问您。您认为您的研究成果对大众的生活有什么巨大影响? 您的研究在工业界有什么应用?

陆锦标:嗯,就像你所知道的,可以说人们的好奇心及其追求对大自然的理解推动基础研究。我要强调基础研究与日常生活没有直接关系。基础研究主要是为了满足人类的好奇心,对人类文明也至关重要。另一方面,基础研究会创造知识,因为通常在我们获得新知识和创新后,我们最终将它们应用起来。例如,发现天然放射性的时候,他们不会意识到利用天然放射性在医学上,对吧? 后来我们才知道如何运用天然放射性。现在回到中微子物理学的话题,我们目前没有任何直接运用中微子来提高我们的日常生活。但我不排除未来没有人会提出中微子使用的想法,我可以给你举一个例子。几年前,人们使用中微子传输摩斯密码,这证明中微子在传输信息的可行性。它在未来或许也有用处。现在我还不知道。

问:我知道这是个蛮难的问题,非常感谢你对基础研究的观点和表述。我们都知道基础研究需要耗费大量时间、人力和精力。长期艰苦的研究或许并不会有很瞩目的成果。经过几十年的研究,您是如何保持对宇宙的好奇心的?在长期专注一个课题的时候您如何调整研究过程中的心态,如何成为一个如此优秀的科学家?

陆锦标:再次感谢您。我要说我只是世界上一个渺小的普通份子。我对科学有广泛的兴趣,比如我曾花时间跟郭新教授去探讨一些跟天体生物学有关的问题。

问:哈哈,这个我听他说过。

陆锦标:事实上由于我广泛的兴趣,我并不只关注一个领域。在我的职业生涯里,我在很多领域都有所涉猎。在研究生的时候,我的研究方向是奇异重子,不过在发现了b夸克后,我成为博士后,我转移到寻找顶夸克和希格斯粒子,在那时人们觉得它们的质量还只有10GeV!在我研究中微子物理学前,我还用奇异重子衰变来寻找CP破坏。现在我有时候也学学宇宙学。

问:基础研究工作有时是很枯燥的,您是如何保持您团队成员的好奇心和行动力的?从管理项目带领研究团队的角度,您能分享一些经验吗?

陆锦标:这是个很好的问题。我认为把团队团结在一起的「胶水」是我们都想知道θ13有多大。如何引导这个小组向前走?我要说的是我并不专横。有一个适合的氛围很重要,让大家都可以和谐相处、工作。我想达成共识是最重要,避免出现冲突对抗,因为如果大家觉得他们得到尊重,他们会认可你。我觉得这对有效管理团队是很重要。

问:对于有兴趣参与这个行业的年轻研究员和科学家,您能给年轻一代的他们一些建议吗? 您会给出什么样的建议?

陆锦标:或许我要警醒他们,实验粒子物理学是需要大量付出的。我们此前也谈到了物理学的探索。他们必须有愿意付出的态度。他们必须在有很多人的合作团队中学会工作,大的团队有利也有弊。通过和许多人共事,你将从他们处学到很多东西。对于愿意学习大量知识的人来说,这是个完美的工作。另外,要处理和很多人的关系也极具挑战性。 所以年轻一代要准备好,想清楚他们的个性是不是适合,因为这对某些人来说这或许不是适合的领域。既然说到了这里,我认为粒子物理学是物理学的重要分支,即使人们怀疑我们不会到达终点,不能担负更大的设施,粒子物理学也不会消逝。当下,我们来到一个十字路口,不知向何处去。但「有危便有机」,我觉得我们还会向前发展,未来将会充斥着令人兴奋的突破。

问:您期待的令人兴奋的进展会是什么?

陆锦标:嗯,我也希望我知道。如果我知道,我会告诉您我将抛下中微子物理学,转做这项研究。可惜,这就像通过水晶球来占卜,我们无法预览大自然有什么。我们唯一能做的是探索,绝不气馁。

问:您刚说到,年轻学生需要准备参与到更大群体的团队中合作,与不同性格、不同文化背景的人共事。我也想提另一个问题:对于基础研究来说,需要更强大的团队和更具规模的项目,尤其是国际合作十分重要,就像大亚湾实验合作一样。您对未来大型科学项目的国际合作有何评论?

陆锦标:我认为最重要的是投入。不仅是个体层面,也是国家层面,两者一样重要。我们都知道人人都想争第一。我觉得我们有时候要退一步,想想争第一是不是那么重要,还是寻找最终答案这个目的来得更重要。所以我认为重要的是真诚的投入。

问:好的,我们应该快到时间了,还有多久?我还要再问您一个问题。您怎么使用您的奖金?

陆锦标:我会把一部分奖金捐给我的母校和香港的一些机构。

问:好的,最后您认为未来科学大奖对该领域有何影响? 您是怎么认为的?

陆锦标:我认为通过这个未来科学大奖来吸引大众的注意力是个好的想法,而这也会是个很好的平台,让大众了解到这个领域的重要性。

记者:我们采访的时间也到了。我想说,您所做的研究工作,包括大亚湾中微子实验,让我十分敬佩。我认为这一领域,在大亚湾中微子实验的基础上,正获得快速的发展。也再次恭喜您的巨大成就! 非常感谢您接受此次采访。

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