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【走進實驗室】

◎本報記者 劉 霞

宇宙是如何開始的？那些最微小、最重要的物質(zhì)粒子隱藏著什么秘密？它們?nèi)绾螏椭藗兝斫饪臻g和時間的復雜性？中微子究竟是否是物質(zhì)的組成部分之一？暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)又是什么？探尋這些問題的答案正是美國費米國家加速器實驗室的工作方向。

上海交通大學物理與天文學院教授李亮曾在費米實驗室工作7年之久。他在接受科技日報記者采訪時表示，作為美國首屈一指的粒子物理學和加速器實驗室，自1967年以來，費米實驗室利用世界上最先進的粒子加速器之一——兆電子伏特對撞機（Tevatron），不斷推動技術(shù)創(chuàng)新并拓展科學探索的邊界，最終愿景是揭示物質(zhì)、能量、空間和時間的奧秘。

秉持三大科研使命

李亮說：“一個頂尖的實驗室，首先要有自己真正的‘靈魂’和使命，這賦予實驗室不懈追求的目標，也是團隊高度凝聚力所在?！?

費米實驗室秉持三大使命：用粒子加速器推動世界中微子科學研究；領(lǐng)導美國粒子對撞機的開發(fā)及應用；通過對宇宙開展測量發(fā)展粒子物理學。

費米實驗室主持或參與了數(shù)百個實驗，包括多項粒子天體物理學前沿實驗，如1998年開始觀測的斯隆數(shù)字巡天，以及2012年拍攝第一張照片的“暗能量巡天項目”。

“費米實驗室還為大型強子對撞機（LHC）的設(shè)計和建造作出了貢獻，參與LHC上緊湊型繆子螺線管實驗的科學家也為2012年希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)立下了赫赫戰(zhàn)功?！鼻迦A大學物理系副教授胡震介紹了實驗室取得的一些成績。2008年，胡震曾以訪問學者身份在費米實驗室學習一年。2014年到2018年，他又重回故地開啟博士后研究。

胡震說：“Tevatron建造和運行的幾十年，帶動費米實驗室成為全球高能物理界重要研究中心之一。盡管其已于10多年前‘壽終正寢’，但它留下的經(jīng)驗、技術(shù)、團隊組織方式、科研合作氛圍等，成為了一筆無形的資產(chǎn)，至今仍引領(lǐng)著科學家前進的腳步。”

獲得多項重大發(fā)現(xiàn)

在揭示宇宙和物質(zhì)奧秘的道路上，費米實驗室取得了很多研究成果：發(fā)現(xiàn)底夸克、頂夸克，為構(gòu)建粒子物理學標準模型奠定堅實基礎(chǔ)；觀測到反氫原子；在中性K介子中觀測到直接的CP破缺；直接觀測到陶子中微子首個證據(jù)，開啟物理研究新時代；發(fā)現(xiàn)新的奇特強子Y（4140）等。

“2023年8月10日，由費米實驗室主導的繆子反常磁矩合作組發(fā)布了迄今最精確繆子反常磁矩測量結(jié)果，精度比此前的研究結(jié)果提高了2倍，為揭示繆子反?，F(xiàn)象背后的新物理線索奠定了基礎(chǔ)?！弊鳛檫@項突破參與者之一的李亮記憶深刻。

去年4月，《科學》雜志以封面文章的形式發(fā)表了費米實驗室的研究成果：科學家利用“棲身于”Tevatron的探測器數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了迄今對W玻色子粒子最精確的測量。

“從Tevatron加速器實驗到中微子振蕩實驗，再到繆子反常磁矩實驗，乃至未來的深地中微子實驗，費米實驗室總是在不斷開拓新的研究方向和領(lǐng)域，并且作出令人矚目的新發(fā)現(xiàn)?！崩盍量偨Y(jié)道。

讓高冷的科學更親民

費米實驗室的上述成就令人感覺特別“高冷”，但費米實驗室一直在努力讓科學走進生活，造福社會。

例如，Tevatron的設(shè)計推動了超導電線和電纜的商業(yè)化生產(chǎn)，使核磁共振成像設(shè)備成為可能。費米實驗室創(chuàng)始主任羅伯特·威爾遜1946年首次提出使用質(zhì)子進行醫(yī)療的想法。當實驗室建造出首臺醫(yī)療用質(zhì)子加速器時，威爾遜的夢想實現(xiàn)了。

費米實驗室一直積極參與科學教育。李亮介紹說，費米實驗室每幾周都會組織公眾參觀活動，由義務講解員帶領(lǐng)公眾參觀實驗室各個科學設(shè)施。實驗室從1980年開始為高中生舉辦“周六晨間物理”等活動，并為科學教師舉辦研討會。

以諾貝爾獎得主利昂·萊德曼命名的萊德曼科學教育中心于1992年開業(yè)。中心專門為教育和公眾參與而設(shè)立，李亮說：“通過這個中心，費米實驗室與周邊群眾建立起緊密聯(lián)系，增進了大眾對粒子物理和科學研究的理解，激發(fā)了年輕一代對科學的興趣，該中心也一直是公眾最喜愛的游覽點之一。”