轉醋話集：美國為何不建對撞機，《楊振寧的最後一戰》下篇_風聞

傍晚看完觀友@簡單快樂 轉載的《楊振寧的最後一戰：阻止中國為超大對撞機買單》 一文受益良多，故關注作者醋醋之公眾號，發現此人還寫有下篇。

讀後轉載觀網以饗諸觀友。

美國為何不建對撞機

2019-12-31 13:35

美國為何不建對撞機

醋話集

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本文來自公眾號：醋話集（ID：cuhuaji），作者：醋醋，

前情提要：

擅使數學葵花劍的國際超弦教，為解難言之隱，聯手高能物理界，前來中國尋槍，被楊振寧等科學家極力阻止：這柄槍極其昂貴，就算造出來了，基本上也沒啥（luan）用。

然而一位網管小哥，差點讓超弦11維時空夢想成真。

“實驗沒有問題，我們觀測到了超光速。”作為深受業界尊敬的嚴謹科學家，他平靜地宣佈了第二次實驗結果。

兩年前，當他第一次觀測到中微子速度超過了光速，震驚程度與全世界一樣——這不可能是真的，愛因斯坦相對論光速上限擺在那兒呢。

他是意大利大型中微子振盪實驗（OPERA）小組領導人安東尼奧·伊拉蒂塔託(Antonio Ereditato)。過去兩年中，他託率領180名研究人員，觀測到了16000次“超光速”現象。

醋醋的朋友房師説，哪怕是“你懂的”快樂，當你經歷16000次之後，也都麻木了。

這個小組又反覆檢查了六個月，排除了所有可能的實驗誤差，包括月球潮汐影響，地球自轉影響，地震影響，温度和雲層對GPS信號傳遞的影響等等。考慮到所有這些後，實驗小組相信這一結果的置信度達到99.9997%。

伊拉蒂塔託決定公開這個石破天驚的消息。

180名研究人員鄭重其事簽名，在世界上最權威的科學雜誌之一《自然》發表他們的論文：

人類步入超光速時代。

果然全世界一片譁然，物理學家們臉上寫着大大的兩個字“不信”。

伊拉蒂塔託換了一班人馬，重複了實驗，在精確性、統計分析等多方面得到改進，他拍着胸脯信誓旦旦保證：

“我們對實驗結果非常有信心。我們一遍又一遍檢查測量中所有可能出錯的環節，卻什麼也沒有發現。我們想請同行們獨立核查”。

這不是科幻小説。

事情發生在2011年，OPERA小組於當年9月22日公開超光速消息，在11月17日再次確認實驗沒錯，實驗過程是這樣的：

位於瑞士日內瓦的歐洲核子研究中心（CERN），利用超級質子同步加速器（SPS），生成定向的μ子中微子束，飛向730公里之外的意大利大薩索山。

山的那邊有意大利格蘭薩索（GSNL）國家實驗室。就在地下1400米深處，一套重達1800噸的的電子照相裝置嚴陣以待，OPERA小組用其觀測來自CERN的中微子束。

中微子，宇宙中最多的物質粒子，每秒萬億計中微子穿過我們的身體，我們對此毫無察覺，有“幽靈粒子”之稱。

OPERA小組只能捕獲到極少的幽靈粒子，由於超強的穿透性，絕大多數中微子穿透了地球，奔向茫茫太空。

讓他們懵逼的是，這些中微子以光速的1.0000248倍運行，每秒比光子快了7.4公里。

超光速消息宣佈3周後，全世界最大的科學論文網站arxiv給出了80多種解釋，其中最激動人心的是超弦多維空間。

CERN發出的中微子有可能振盪成了一種惰性中微子，它可以在多維空間中“抄近路”，然後再振盪回普通中微子，這樣看起來中微子就跑得比光快了，同時還不違背相對論。

超弦教一片歡呼，多年的猜想有望獲得證實，還順帶拯救了相對論。

美國費米實驗室威脅要重複實驗，不過他們從頭開始需要兩年時間。

世界沒有等到那一刻。2012年2月22日，CERN在另一本權威科學雜誌《科學》上公佈了調查結果，OPERA小組錯了，原因如下：

他們的GPS光纜與一台電腦的集成電路卡連接不良。

千算萬算，誰都沒算到網管的機房佈線幫了中微子的忙。

網管小哥以一己之力，推動人類進入超光速時代整整5個月。

01美國關停本土最大對撞機

中微子超光速事件是科學史上罕見的烏龍，讓負有領導責任的歐洲核子研究中心（CERN）臉上無光。

4個多月後，歐洲大型強子對撞機（LHC）發現了有“上帝粒子”之稱的希格斯粒子，為CERN扳回一城。

希格斯粒子與中微子，標準模型61個基本粒子中最特殊的兩個。一個“上帝粒子”，一個“幽靈粒子”，代表了當前基礎物理學兩大研究方向。

有了前車之鑑，CERN在2012年7月4日發佈新聞字斟句酌，不敢把話説滿了，強調這是疑似上帝粒子的新亞原子粒子。

CERN有説不得的苦衷。就在兩天前，又是費米實驗室挑事，在2012年7月2日宣佈其數據接近證明上帝粒子，CERN不得不冒險跟發新聞。

如果費米實驗室的粒子對撞機Tevatron真的發現了上帝粒子，前前後後投入100億美元的LHC將是有史以來最昂貴的陪練。

CERN提心吊膽，反覆測算了8個多月，終於在2013年3月14日確認，新粒子就是上帝粒子。

所幸這段時間，費米實驗室沒有出什麼幺蛾子。

CERN與費米實驗室的競爭由來已久，早在2009年2月，費米實驗室就放風Tevatron發現上帝粒子的概率，最壞的情況下為50%，最理想的情況下是96%。

英美一家親，英國媒體趁機煽風點火：CERN在競爭中已經處於劣勢，美國Tevatron有可能後來居上。

面對美國的詐胡，歐洲人只能乾着急，因為他們的LHC在2008年9月開機運行沒多久，就經歷了一連串事故，讓計劃一拖再拖。

2008年9月10日，LHC啓動當天，就遭遇黑客入侵，距離探測器的計算機控制系統僅“一步之遙”。 

2008年9月17日，一台30噸重的變壓器發生故障，工程人員18日更換了變壓器，才令對撞機重新啓動。

2008年9月19日，由於焊工手藝不精，兩塊磁鐵之間的電連接部件出現故障，導致1公噸液態氮滲入隧道，LHC緊急關閉長達一年之久，吊足了全世界的胃口。

LHC焊接事故泄露液氮

據説CERN存在一條鄙視鏈：搞理論的瞧不起搞實驗的，搞實驗的瞧不起搞工程的，搞工程的瞧不起搞維護的，搞維護的瞧不起焊工網管，焊工大叔與網管小哥瞧不起全世界。

美國費米實驗室瞧不起CERN。

趁你病，要你命。抓住CERN搶修LHC的空檔，費米實驗室加快了Tevatron的研究，它已經運行了25年以上，逼近退休。

“這是一項激烈的競爭，是誰取得勝利就是誰取得勝利，來不得半點虛假。”2009年2月，費米實驗室的德米特里·德尼索夫（Dmitri Denisov）透露，歐洲那邊，CERN在爭分奪秒解決故障，甚至放棄了聖誕節休假兩月的一貫做法。

這種加班精神，讓國內996們佩服不已。

德尼索夫是Tevatron巨型探測器D-Zero的負責人，另一個巨型探測器CDF負責人羅布·羅塞（Rob Roser）是他的競爭對手，LHC的出現讓兩人“化敵為友”。

羅塞説，“我絕不想看到LHC擊敗我倆中的任何一個——這就像兄弟倆，誰都不能碰我弟弟一根指頭，只有我可以。”

然而團結一致的Tevatron終於未能迴光返照，它於2011年10月1日停止運行，終年28歲，關閉前沒有發現上帝粒子。

當美國能源部決定關閉Tevatron時，一些物理學家依依不捨，懇求再寬限它3年壽命，以對希格斯粒子做最後一搏。

誰説科學家都是冷冰冰的，他們對常年相伴的機器感情篤厚。

CERN科學家理查德·雅各布松(Richard Jacobsson)照管一台粒子探測器長達十年，對它的每一寸構造都瞭如指掌，甚至瞭解它的心情和癖性。

當工程人員來拆卸它更換成LHC的時候，雅各布松情難自禁。“淚水在我眼睛裏打轉，”他説，“當他們切斷電纜的時候，我總以為會有血噴出來。”

Tevatron雖死猶生，它留下了大量數據遺產，讓費米實驗室還能再忙活至少兩年。

導致Tevatron壽終正寢的最大原因，並非它老舊無法運行，也不是LHC的競爭壓力，而是……省錢，費米實驗室一個實驗啓動需要經費。

這就是上面説的重複意大利OPERA小組的中微子實驗，名叫MINOS，看看到底有沒有超光速。

雖然CERN主動認錯，美國也未止步中微子實驗，反而越做越大。MINOS之後是Nova中微子實驗，接下來的“深地下中微子實驗(DUNE)”，成為美國物理未來幾十年的旗艦項目。

2019年12月18日最新消息，日本擬建全球最大中微子探測器，於近日批准了“頂級神岡”中微子探測器建造計劃。

中微子，到底是何方神聖？

02天不變道亦不變

1940年，中國大地烽火連天，日寇鐵蹄踏遍華北華東。

中國最優秀的一批知識精英，被轉移到西南腹地，延續文明的火種。

除了著名的西南聯大，浙江大學師生也在西遷之列，他們跋山涉水，奔赴一方淨土。

浙江大學遵義校址

浙江大學物理系教授王淦昌走建德、過吉安、赴宜山、抵遵義，一路顛簸流離，勞累過度，加上營養不良，生活困難，抵達遵義時，他患上了肺結核。但他躺在病榻上，仍以驚人的毅力對中微子問題苦苦思索。

中微子關係能量守恆定律的生死存亡。學過中學物理都知道，這是自然界的基本定律，能量既不能自生也不能自滅。

董仲舒向漢武帝上《舉賢良對策》説：

道之大原出於天，天不變，道亦不變。

道就是定律。海可枯，石可爛，定律不可移。

一切實體都在變化，不變的是背後的定律。道之恆常，攪動的是人生無常。

讀罷《紅樓夢》，你會感嘆人生如夢亦如幻。人如是，原子核也如是。

不穩定的原子核，會放射出粒子或能量變成另一種元素，這個過程叫衰變。共有α、β與γ三種衰變，其中β衰變最不老實，總是搞事，第一次就差點把能量守恆挑落馬下。

當原子核放出β粒子即高能電子，發生β衰變後，科學家大吃一驚，β射線是連續的，這意味總能量比衰變前要低。

一部分能量憑空消失了，這是不亞於超光速的震撼事件。

天變了？這一次，實驗沒有錯，科學家們爭吵了10年，終於在1924年，量子力學之父玻爾打算放棄能量守恆，他提出了一個假説。

能量在單個微觀相互作用可以不守恆，而只需在統計意義上守恆。

玻爾這種和稀泥的解釋無法服眾，又是壞脾氣的泡利首先開火，他直言玻爾在玩危險的遊戲。

泡利號稱“拳打愛因斯坦，腳踢玻爾”，是物理學江湖知名的自負天才，曾提出“泡利不相容”定理揚名立萬，而為人也如此，以批評尖刻、不留情面著稱。

1931年，泡利“孤注一擲”，提出一個補救辦法，β衰變中，還釋放出了沒有電荷質量很輕的未知粒子，它神不知鬼不覺逃離現場，並盜走了那部分消失的能量。

原子能之父費米對假説給出了數學描述，並將這個未知粒子命名為中微子。

中微子太神秘了，當時任何儀器都檢測不出來蛛絲馬跡，連泡利自己都信心不足，他甚至以一箱香檳打賭，人類永遠都不能發現中微子。

但泡利提出了一個實驗上可以檢驗的預言：如果能量守恆，β射線譜應該有明晰的上限，而不是一個強度逐漸減弱的長尾巴。

當時王淦昌在柏林大學就讀，師從猶太裔女物理學家邁特納（l.meitner），在其指導下，他選取鐳E的β譜進行研究，用自制的計數管測量，精準得出其β譜上限。

1932年1月，王淦昌在德國《物理學期刊》第74捲上發表題為《關於鐳E的連續β射線譜的上限》的論文，歷史上第一個證實了泡利關於β譜有明晰上限的預言，有力地支持了中微子假説。

此後埃利斯（c.d.ellis）、莫特（n.f.mott）與亨德森（w.j.henderson），都做了類似的實驗，得出了一致的結果，玻爾假説不攻自玻。

愛因斯坦痴迷大統一，玻爾挑戰能量守恆律，這兩位物理學的泰山北斗，到達巔峯後的封神一戰，都敗得灰頭土臉，與凡夫俗子無異。

03 1942年發自中國西南的論文

然而，這些實驗只是捍衞了能量守恆定律的神聖不可侵犯，中微子在哪還找不着北。

中微子是如此難找，在微觀層面上引力可以忽略不計，剩下的三大基本力電磁力、強力與弱力，只有弱力才能掀開中微子一點衣角。

β衰變就是由弱相互作用引起的，俗稱弱力。

電磁力，讓我們看見光。當戀人擁吻，實際是電磁力在傳達綿綿情意，讓彼此感覺到觸碰與心跳。

中微子拒絕電磁力鴻雁傳情，她就是永遠觸不到的夢中情人。

在當時條件十分艱苦的遵義，王淦昌冥思苦想的就是如何捕捉這個神秘的中微子。在思考了一年之後，他有了一個極富創舉的想法。

核範圍內不光能量守恆，動量也要守恆。能量守恆的本質是時間對稱，自然規律在幾億年前與今天一樣；動量守恆的本質是空間對稱，自然規律在幾億光年外與地球上的一樣。

普通β衰變讓一個原子核母體產生了三個子體，即電子、反衝原子核與中微子，人們觀測前兩者的動量和能量，來測算中微子的存在數據。

麻煩的是，這就如星球的三體運動一樣難解，王淦昌注意到一種特殊的β衰變，就是原子核俘獲核外軌道電子，只產生中微子和反衝核兩個子體，三體運動變成了二體運動。

三體人：又躺槍，關我毛事

這種運動，往往是原子核俘獲最靠近它的K層軌道電子觸發，因此也叫做K俘獲β衰變。

如此一來，反衝核的能量和動量僅僅依賴於所放射的中微子，測算反衝核的數據，就能倒推出中微子的廬山真面目！

王淦昌不僅給出了中微子的測算思路，還建議用鈹-7做實驗，它是最輕元素的放射性同位素中的一個，核的質量愈輕，則它所經受的反衝作用也越顯著。

而鈹-7，正是通過K俘獲的方式衰變成了鋰-7。

這已經是一個可執行的實驗方法，唯一的問題是，當時積貧積弱戰火燃燒的中國根本不具備實驗條件。

撫平心中的無奈與惆悵，王淦昌寫成論文《關於探測中微子的一個建議》，於1941年10月13日寄到美國《物理評論》，並在1942年1月發表，希望美國同行完成他的實驗。

美國物理學家阿倫（J.S.Allen）立即按照王淦昌的建議進行實驗，並很快取得肯定結果。兩個月後，即1942年3月16日，阿倫把他的題為《一箇中微子存在的實驗證據》的論文寄到《物理評論》，並在該刊1942年6月發表。

阿倫在文中一開始就明確指出，這個實驗是王淦昌最近建議的。

“王淦昌－阿倫實驗”是世界上第一個比較確切地驗證中微子存在的著名實驗，可惜實驗精度不夠，未能測出單能反衝。

後來許多人繼續工作，直到1952年，雷蒙德·戴維斯(Raymond Davis）終於做成功。

04 撩開她的面紗

這還不是最理想的結果，王淦昌提出的實驗構思，只能間接看到中微子逃逸後的尾跡，人們夢想將中微子擁入懷中，撩開她的面紗，一睹芳容。

難辦的是，中微子是典型的冰美人，拒人光年之外，其平均自由程λ≈4.7x10^14公里，這意味着，在穿越一千億個地球之後，平均一箇中微子才可能與一個原子核發生親密接觸。

人們對此幾乎絕望，直接窺探中微子的萍蹤魅影，簡直是不可能完成的任務。

1947年3月，王淦昌在美國《物理評論》上發表論文《建議探測中微子的幾種方法》，又提出一個全新的思路：

通過重原子核裂變，產生極快極多的中微子，去打靶探測器產生核反應。

不能讓一箇中微子穿越一千億個地球，那就讓一千億箇中微子穿越一個地球。

例如一個裝滿水的探測器的長度為10釐米，當有5x10^18箇中微子通過該探測器時，就有一箇中微子能夠在探測器中產生核反應。

弱水有三千，只取一瓢飲。

王淦昌提出的這個思路，對於中微子實驗影響深遠，上文提到的美國與意大利的21世紀中微子實驗，本質上也是這種探測方式。

但王淦昌還是隻能停留在紙上，當時中國正在打內戰，哪有條件玩核裂變。

這一次又是美國人捷足先登。1953年，在薩凡納河核電廠的地下室裏，柯温(C.L.Cowan)和萊茵斯(F.Reines)實施了他們的“鬼魅計劃”。

他們建造了一箇中微子探測器，用水和氯化鎘配成溶液，其中置入三個液體閃爍計數器。

薩凡納河核反應堆每秒能產生一百萬億個反中微子，它們轟擊水中的氫原子核即質子靶，產生中子和正電子。中子被鎘吸收，正電子與水中的電子湮滅，釋放出光子產生γ射線，令閃爍液體發出熒光。

本來不發光的中微子，通過一系列關聯反應發光，暴露在人類的肉眼之下顯出真身。

實驗進行了3年，到了1956年，柯温和萊茵斯每小時可以俘獲3箇中微子，通過足夠多的樣本測出中微子的截面值，與理論預期吻合得很好。

又過了將近40年，諾貝爾獎委員會才確認了這次中微子的發現，給萊茵斯頒發了1995年的諾貝爾獎。而此時柯温長眠地下已有21年。

日本超級神岡中微子實驗室，佈滿了光傳感器小球

1956年是一個神奇的年份，柯温和萊茵斯發現中微子，β衰變的宇稱不守恆，也在這一年發現。

這一次老天沒有虧待中國人，發現者就是楊振寧與李政道，他們憑此獲得了第二年的首個華人諾貝爾獎。

宇稱不守恆，也就是左右不對稱，本質上是隻有左手旋中微子，沒有右手旋中微子造成的，中微子打破了宇稱的對稱性即對稱破缺。

消息傳出後，泡利第一個不相信，他好不容易把中微子引進來捍衞能量守恆，這小子居然不是衞道士，而是披頭士。“上帝不可能是一個左撇子！”泡利堅信，只有左手右手一個慢動作，才能帶給你快樂。

然而很快另一位華人科學家吳健雄女士出手，她用無可爭議的實驗證明了宇稱不守恆，泡利只好舉雙手投降。

值得一提的是，在楊振寧李政道1956年發表論文前幾個月，另一位前蘇聯物理學家皮亞捷茨基-沙皮羅(Piatetski-Shapiro）也寫好了差不多同樣的論文，寄給當時蘇聯物理學扛把子朗道，後者眼皮一翻，就扔到了一邊。

當然後來朗道腸子都悔青了，他只好安慰沙皮羅，宇稱守恆（P）這小子是有點皮，但是電荷守恆，即電荷有正負（C）還是有操守的，用C來調教P，這對CP一定守恆，天長地久不分手。

朗道再一次遭受打擊，1964年兩位美國核物理學家詹姆斯·克羅寧（James Watson Cronin）與瓦爾-菲奇（Val Logsdon Fitch）發現CP也不守恆即CP破壞，是誰棒打鴛鴦拆散了這對CP？目前公認的重點嫌疑對象仍是中微子。

能量動量守恆這樣的全域對稱性，保證我們世界根基的穩定，是道亦不變，易之不易；宇稱在β衰變中不守恆，這樣的局域對稱性，催生了世界的變化，是人之無常易之易。

靜若處子，動如脱兔。世界在對稱與對稱破缺中平衡發展。

而CP不守恆更加不得了，它是我們世界賴以存在的基石。

05 叫一次王淦昌同志

撫今追昔，如果當年是一個富強的中國，給予王淦昌優良的實驗條件，他很可能就拿到了這發現中微子的諾貝爾獎。

或許王淦昌根本就不在乎諾獎的榮耀呢，1959年他發現了世界第一個反西格馬負超子，轟動了整個國際物理學界，如果繼續研究下去，諾貝爾獎就在前方。

然而短短兩年後，正值巔峯時期的王淦昌突然消失，就如中微子一樣當了“隱身人”，連家人都找不到他，大漠深處卻多了一個叫“王京”的老頭。

原來1961年4月，王淦昌受命秘密參加原子彈研製，奔赴大西北核試驗基地，負責物理實驗方面的工作。時任第二機械工業部部長劉傑問他是否願意改名，王淦昌的回答只有短短6個字：

我願以身許國。

在離諾貝爾獎最近的時候，他選擇了放棄，用生命中最輝煌的歲月，隱姓埋名搞科研，託舉起一個國家的核大國地位。

他沒有過怨言，直到一年除夕夜，才終於真情流露，他和他的學生鄧稼先在帳篷裏喝酒，鄧稼先哽咽着説：

叫了王京同志幾十年，今天，叫一次王淦昌同志吧。

兩人相擁而泣。

由於消失在國際物理界太久，王淦昌早年對發現中微子做出的巨大貢獻，也逐漸被人們遺忘，如提到中微子的存在實驗時，往往只有戴維斯的工作，卻把王淦昌的原始構想忽略了。

有感於此，對王淦昌充滿敬意的楊振寧心懷不平，他與中科院高能物理研究所教授李炳安合寫了一篇文章《王淦昌先生與中微子》，發表在中國《物理》雜誌1986 年15 卷12 期上，澄清了這一歷史事實真相，並廣泛引起了世人的注意。 

1994年，浙江大學科技哲學碩士劉宏葆，與浙江大學哲學社會學系副教授何亞平合寫了文章《王淦昌與中微子的早期研究》，發表在《自然辯證法通訊》第16卷第6期上，進一步全面細緻地梳理了王淦昌的中微子研究貢獻。

我國還有很多科學家遭遇了類似王淦昌的不公，如物理學家趙忠堯，1930年首次觀測到正反物質湮沒，發現了反物質正電子，卻錯失1936年諾貝爾獎。現在鬧得沸沸揚揚的環形正負電子對撞機（CEPC），其研製的理論基礎就來自於他。

半個多世紀後，當人們重新審視當年的諾貝爾評獎過程，發現了趙忠堯的貢獻，這其中就有楊振寧、李炳安合寫文章廓清事實。李政道也不遺餘力在各種場合，澄清這樁歷史公案。

回顧這些科技史，並非是貶低國外科學家的工作，而是要還歷史本來面目。

長期來看，歷史是公平的，歷史也不會忘記，儘管王淦昌兩次與諾貝獎擦肩而過，但他獲得了比諾貝爾獎更大的榮耀——

兩彈元勳。

王淦昌先生（1907年~1998年）

06 挖出8艘航空母艦

如果你記住了王淦昌的名字，不要回頭，前方中微子有更大的驚喜。

美國南達科他州霍姆斯特克（Homestake ）礦山，運營着北美埋藏最深、最富有的金礦，擁有126年的開釆史。

2001年霍姆斯特克礦山關閉，五年後，Barrick Gold礦業公司將該礦產捐贈給了南達科他州作為地下實驗室。同年，慈善家桑福德（T.Denny Sanford ）給該項目捐贈了7000萬美元，因此，實驗室在建成後以桑福德來命名。

2017年7月21日，一向平靜的實驗室迎來喧囂。

一羣科學家、工程師和應邀的社會顯要人物聚集於此，他們乘坐一個簡陋的升降機，下到約1500米深的礦洞中，見證桑福德地下實驗室擴建開工。

這裏將安放美國有史以來最大的中微子探測器，進行“深地下中微子實驗(DUNE)”，承載未來幾十年美國物理界的希望。

在這個地下洞穴中，科學家們鏟開第一鍬土，隨後工人們需要挖掘80萬噸岩石，相當於8艘尼米茲級航空母艦的重量，再運進7萬噸液氬。

3500輛20噸重型卡車滿載液氬，從墨西哥灣沿岸和東海岸出發，將液氬運至霍姆斯特克礦山。為減輕管道壓力，工作人員會將液氬轉換為氣體，通過管道送到地下，並在零下185.8°C的低温下重新冷凝成液體，注入四個接近四層樓高的超純液氬大罐，其純度只含萬億分之一的雜質。

據費米實驗室工程師，低温基礎設施LBNF項目經理戴維·蒙塔納裏（David Montanari）估計，填充滿一個液氬大罐需要7個月至一年的時間。研究人員計劃2019年開始構建DUNE探測器，並在2024年完成。

DUNE實驗只是一個更大型項目LBNF/DUNE的一部分。

LBNF是指長基線中微子設施，位於費米實驗室，一旦DUNE實驗室建造完畢，費米實驗室會在2016年發射世界最強的中微子束，通過地下射向距其1300公里重達7萬噸的DUNE探測器。

屆時無窮無盡的氬原子將與中微子發生相互作用，從而被科學家們探測到。

LBNF/DUNE主要由美國能源部資助，預計總投入15億美元，不算夭折的超導超級對撞機（SSC），這是迄今美國高能物理界最昂貴的一筆投資。

07 桑迪颶風颳不走的會議

2012年10月29日，週一，百年難遇的桑迪颶風襲擊了美國東海岸。

長島斷電，一片漆黑，猶如世界末日。長島—芝加哥的航班也被取消了。

布魯克海文國家實驗室的物理學家米林德·迪萬（Milind Diwan）與14位科學家被困長島，無法前往芝加哥郊外的費米實驗室參加項目評審會議。

長基線中微子實驗（LBNE）項目是LBNF/DUNE的前身，迪萬是LBNE項目聯合發言人。

颶風襲擊之下，迪萬等人只能通過手搖發電機給手機充電，全天遠程參與評審會發表專業意見。這很不容易，要全力搖動15分鐘才能獲得一格電量，科學家們乾的就是體力活。

2012年10月29日，紐約，被吹倒的樹和輸電線

他們不能放棄，LBNE項目生死一線，成敗在此一舉。

受SSC中途下馬的影響，美國政府對大型基礎物理實驗猶豫再三，致使LBNE項目審批過程一波三折。

因為12-15億美元的高昂預算，2010年美國國家科學委員會打回了實驗計劃，將其轉給美國能源部。隨後，物理學家和美國能源部官員進行了討價還價。

2012年初，傳出消息能源部官員打算終止為中微子實驗提供經費，因為預算已經捉襟見肘。

針對能源部2013年高能物理學研究預算，當年的美國總統奧巴馬大筆一揮削減了600萬美元，減至7.57億美元，跟過去10年相比縮水了15%。LBNE項目費用在能源部的預算中佔很大比重。

時任費米實驗室主任皮埃爾·奧多納（Pier Oddone）很無奈，鑑於高能物理學研究經費未來10年不可能增加，對於啓功這樣一項大規模研究計劃，能源部可能無錢可用，他指出：

管理層關注的是先進的製造和能源技術，高能物理學和核物理學研究面臨壓力。

來自大約75個研究所的450多名科學家參加了LBNE合作，能源部的表態讓美國物理學界炸開了鍋。2012年1月，40多名著名理論物理學家據理力爭，致信能源部科學辦公室負責人威廉·布林克曼（William Brinkman），呼籲為這項實驗提供經費。

這封請願信共有3名諾貝爾獎得主簽名，其中就包括標準模型奠基人之一斯蒂芬·温伯格（Steven Weinberg），他在1987年推動了超導超級對撞機（SSC）上馬。

物理學家們做出了讓步，提出了多個廉價的分階段折中方案，甚至委曲求全要在地面上放置便宜的探測器，能源部勉強通過了第一階段審批。

2012年10月30日星期二，美國能源部對LBNE項目進行至關重要的第二階段評審會。

桑迪颶風也未能讓評審會延期，科學家的堅持換來了回報。2012年12月，能源部通過了二階段審批，同意科學家們建立近地表中微子探測器。

儘管相比初始計劃大打折扣，迪萬依然很高興，稱這是十多年來的一個里程碑。

重重壓力下，奧多納於2012年8月宣佈將於2013年7月1日退休，結束了對費米實驗室長達8年的領導，專心科學寫作與打理私家葡萄園。

奧多納撂挑子不幹，費米實驗室董事會只好發起全球獵聘，在物色了9個月人選後，終於鎖定了物理學家奈傑爾·洛克耶（Nigel Lockyer）。

洛克耶有兩重身份，他是費米實驗室的熟面孔，之前在Tevatron對撞機的CDF探測器上研究了22年。同時他也是加拿大粒子與核物理國家實驗室TRIUMF負責人，是一位國際友人。

事後證明，費米實驗室董事會的眼光很準，推動LBNE變身LBNF/DUNE項目上馬，洛克耶的國際身份功不可沒。

2015年1月，經過長達3年的博弈，能源部不僅批准了計劃，還同意將實驗恢復到初始範圍，將地表探測器換成昂貴的深地下探測器，經費達到上限15億美元，於是才有了上文的一幕。

至此，美國資助高能物理的戰略路線清晰可見：

1993年美國國會下馬耗資20多億美元的SSC，還專門撥款6.4億美元把挖好的隧道填掉，夠狠。

2011年美歐競爭發現希格斯粒子，戰鬥正酣之際，美國悍然封存Tevatron，給中微子實驗讓路。

2015年美國能源部將不多的預算押寶LBNF/DUNE中微子實驗。

美國高能物理的戰略路線圖呼之欲出：

堅決不走對撞機道路，集中力量瞄準中微子開火。

在2011年~2015這四年時間，是什麼原因讓美國態度發生180度翻轉，決定投入巨資支持中微子實驗？

08 決定美國高能物理命運的會議

2013年7月29日，正是一年最熱的時候，700多位高能物理學家不懼酷暑，前往明尼蘇達大學雙子城分校，參加一場決定美國物理命運的盛會——斯諾馬斯（Snowmass）會議。

斯諾馬斯小鎮座落於科羅拉多州落基山脈，是全球頂級滑雪勝地，一年四季風景美不勝收。從1982年開始，每隔幾年， 美國粒子物理學會都在此華山論劍，召開夏季研討會。

斯諾馬斯小鎮

上一次斯諾馬斯會議召開還是在2001年，之後12年美國粒子物理學會寂寂無聲。

2013年會址改在大學校園，原因很簡單，隨着政府撥款逐年遞減，美國粒子物理界囊中羞澀，在學校開會可以節省大筆食宿開支。有些來自費米和阿貢國家實驗室的參會人員為了省錢，甚至採用了拼車的出行方式。

之所以還叫斯諾馬斯會議，在於研討會性質、任務以及會議組織者、參會者都與往年無異，這其中恐怕還包括了對美好歲月的懷念。

就算缺錢，也要發揚艱苦奮鬥精神，在2013年勞師動眾開一場大會，是因為2012年物理學界發生了兩件大事，美國粒子物理界面臨下一步怎麼走，“紅旗”還能扛多久的問題。

2013年斯諾馬斯會議討論美國物理學下一步怎麼走

一件大事，就是廣為人知的歐洲LHC發現了希格斯粒子，另一件大事知道的人就不多了。

2012年3月8日，中國主導的大亞灣國際中微子實驗組宣佈，測到了最難測，也是最後一箇中微子振盪混合角參數 θ13，且遠高於理論預期，這意味三種中微子都會彼此振盪變身。

中國知名物理學家李淼在第二天3月9日發文，敏鋭地指出這也許是在中國本土首次測量到的基本物理學參數。“我們一點也不過分地説，這是中國對基礎物理學最大的貢獻。”

主持這個實驗的，正是我們的老朋友，中科院高能物理研究所所長王貽芳。

據美國能源部資助的科學雜誌《對稱》在2012年8月10日報道，大亞灣中微子實驗推動了LBNE至關重要的二階段審批。如果測得θ13值很小，那麼LBNE將無法完成它的主要實驗目的——全面觀測三種中微子的振盪模式。

LBNE還要感謝另一位華人，時任美國能源部部長朱棣文，他不僅是首個諾獎部長，也是首位亞裔人士部長。朱棣文研究方向在凝聚態領域，他用激光冷卻俘獲原子獲得1996年諾貝爾物理學獎。

這裏醋醋忍不住要插一句，2012年3月《三聯生活週刊》針對此事發布重磅報道《“捕獲”中微子》，梳理了發現中微子的前世今生，卻隻字不提王淦昌，這是很可悲的。

2012年的兩件物理學大事，促成美國物理學家在2013年召開斯諾馬斯會議，劃清分歧，統一思想，確定美國粒子物理學的未來方向。

歐洲人出大王壓死，中國人甩出三張同花順，美國人怎麼跟？

09 “上帝粒子“與”幽靈粒子“的對決

這是一場“上帝粒子”與“幽靈粒子”的對決。

經過9天的激烈討論，與會人士一致認為，對希格斯粒子、中微子以及暗物質都需做更精確的測量。它們是漂浮在新物理大海的一個個島嶼，看似遙不可及，但可能彼此存在很深的聯繫，甚至是一個大陸露出水面的不同山峯。

但會議同時也指出，在有限的經費前提下，美國人不可能三個方向同時發力。

到底是秉承SSC（超導超級對撞機）的遺志，優先發展環形周長100公里的VLHC（超大強子對撞機），還是長基線中微子實驗LBNE，成為爭論的焦點。

普林斯頓理論物理學家尼瑪·阿卡尼-罕默德（Nima Arkani-Hamed）是VLHC計劃的支持者之一。加州大學聖塔巴巴拉分校理論物理學家戴維·格羅斯（David Gross）則猛烈抨擊LBNE，他認為中微子物理學研究領域過於狹窄，不足以支持美國國家計劃。“即使我們測量了所有的參數，該計劃終會走向盡頭“。

這兩位仁兄的名字是不是有些眼熟，沒錯，他們就是醋醋上篇文章《楊振寧的最後一戰》提到的兩位超弦教中堅，尼瑪是後起新秀，格羅斯是教主導師。

爭論的結果是LBNE勝出，VLHC擱置。這不奇怪，自1993年美國國會下馬SSC後，對撞機在美國就不待見，2011年美國關閉費米實驗室Tevatron對撞機，美國本土再無大型對撞機運行，VLHC想復活SSC，不亞於復活木乃伊的難度。

作為美國物理界的少數派，尼瑪與格羅斯碰壁之後轉向中國，在2014-2016年聯合一幫超弦教難兄難弟鼓吹CEPC-SppC，相當於把VLHC拆成兩半湊一塊。

2016年，清華大學高能物理研究中心和工程物理系教授何紅建、清華大學數學科學中心主任丘成桐兩人，採訪了一圈世界頂級物理學家，包括霍金、格拉肖、温伯格等人，以獲得他們支持在中國建超大對撞機的言論。

這些物理學家都是場外搖旗吶喊，屬於啦啦隊的性質。而超弦教一行，卻是幾次專程趕到中國四處遊説，尼瑪還於2013年底擔任中科院高能所前沿研究中心主任，聯絡各種活動，那是下場打球的姚明。

霍金、格拉肖、温伯格等人的學術成就已有定論，超大對撞機對他們而言是錦上添花，如果撞出新東西，皆大歡喜，撞不出來也沒啥損失。需要成百上千億資金？反正又不是我掏錢，who cares？（誰在乎？）

但是威騰、格羅斯與尼瑪等超弦教兄弟，研究半生的理論還懸在空中，對撞機對他們而言是雪中送炭，能不急嗎？

10 對撞機與超弦教的裙帶關係

醋醋有必要科普一下，好叫大家弄清楚超弦教與對撞機的裙帶關係。

在標準模型中，基本粒子的質量由希格斯粒子賦予，後者應是一個大質量粒子，但是LHC測出其質量遠遠小於理論值。

這就好比你在健身房遠遠看到有人在舉200公斤重的槓鈴，你以為是施瓦辛格，走近一看卻是林志玲，你會不會傻眼。

有兩個解釋，一是在標準模型中，非常精細地調節參數，讓兩個巨大的數字幾乎（但又不完全）相互抵消，使得希格斯粒子擁有較小的質量。

但這種參數調節很不自然，就好比林志玲説她練了九陰真經，內力深厚，所以能舉槓鈴，你信嗎？

另一種解釋就是大名鼎鼎的超對稱理論，每個基本粒子都有個超對稱夥伴粒子，林志玲的超對稱夥伴是施瓦辛格，他扶着林志玲“嘿哧嘿哧”舉槓鈴，這就很自然了。

用物理學行話講，就是超對稱粒子保護了希格斯粒子的質量，避免其質量平方發散，令其迴歸自然性。

什麼，你看不見施瓦辛格？那是當然啦，超對稱粒子還沒撞出來呢。

超對稱不光能保證希格斯粒子的自然性，還是暗物質的有力候選者。更重要的是，它邁向大統一理論，提供了在高能標處統一三種相互作用力（電磁，弱，強相互作用）耦合強度的可能性。證明超對稱，那物理學真是中大獎了。

事實上，基於超對稱理論，希格斯粒子質量（m）要很小。據愛因斯坦質能方程E=mc^2換算，小於120GeV/c^2，將是對超對稱的有力支持。相反，如果大於130GeV/c^2，則可以給超對稱判死刑。

老天爺搞了個惡作劇，LHC發現的希格斯粒子，恰恰在125GeV/c^2附近，超對稱剛好半死不活。由於LHC是強子對撞，本底干擾太多，加上希格斯粒子質量不確定性，該數值不夠精準。

CEPC精細測量希格斯粒子的一大目的，就是檢驗超對稱理論的真偽，而超對稱又構成了超弦的“超”。如果檢驗發現超對稱理論還沒死透，那麼就再花千億升級成SppC，直接撞出來超對稱粒子也就有理由了，所以這個項目從來都是CEPC-SppC的連接體。

至此，對撞機與超弦教的七大姑八大姨關係浮出水面。

CEPC對於超弦教的意義就是：活要活個通透，死要死個明白。

醋醋看到不少所謂的物理學專業人士批判《楊振寧的最後一戰》一文，把板子打在“CEPC與超對稱超弦無關”上，這不是揣着明白裝糊塗，就是把物理學知識還給老師了。

從人性的角度考量其實很簡單，超弦教多次組團來中國鼓吹超大對撞機項目，如果與這個項目沒有一毛錢關係，難道他們都是像白求恩一樣好的國際友人？

然而，楊振寧等科學家給了超弦教當頭一擊，CEPC-SppC項目在中國陷入人民戰爭的汪洋大海。

11 P5報告一錘定音

一邊是超弦教四處碰壁，另一邊美國粒子物理界北上還是南下，總得劃出個道道，不能原地踏步走。

斯諾馬斯會議大體吵出了方向，要形成歷史決議一錘定音，還需制定一份P5報告。

P5的英文全稱Particle Physics Project Prioritization Panels，即“粒子物理學項目優先級小組”，由美國能源部和美國國家科學基金會在2004年聯合組建。

P5小組有25個成員，來自物理界各個領域大牛，他們受命制定未來十年美國粒子物理的詳細路線圖，向聯邦高能物理諮詢24人小組彙報。

2008年5月，P5小組發佈了第一份報告，給出三個發展方向，暗合2013年斯諾馬斯會議的討論結果。

1、能量前沿：優先發展高能粒子對撞機，撞出希格斯粒子以及其他理論上預言的新粒子，如超對稱粒子，實現基本力的大統一理論。

2、強度前沿：優先發展高強度質子束產生足夠強度的中微子，揭示中微子性質並觀察振盪過程，獲得超越標準模型之外的新物理學。

3、宇宙前沿：優先使用基於地下的探測器和太空的望遠鏡，揭示暗物質和暗能量的本質，並接收宇宙射線高能粒子探測新物理現象。

能量前沿對應希格斯粒子，強度前沿對應中微子，宇宙前沿對應暗物質暗能量兼顧中微子，宇宙射線含有大量的高能中微子。

三個方向，中微子獨中兩元。

2008年的P5報告給中微子留了一手，讓政府撥款保護霍姆斯特克礦坑，將地下水抽出，為後來的LBNF/DUNE中微子實驗奠定了基礎。

至於能量前沿的對撞機項目，P5報告只是説這個如何如何重要，卻沒有啥實質性的項目建議。

這是可以理解的，上一屆2001年斯諾馬斯會議達成共識，優先建造國際直線對撞機（ILC）。就在P5報告發布的前一年2007年，美國人變卦了，把項目推給日本。礙於美國的面子，後者只得笑納，但日本人也不傻啊，要建可以，誰出另一半錢我就建，由於大家都不傻，ILC也就拖成了賈躍亭下週回國。

可見美國人真是不來電對撞機，不管它是彎的還是直的。

本來按計劃，第二份P5報告要在下一個十年2018年發佈，因為美國粒子物理界走到了十字路口，就提前至2014年5月發佈。

這份P5報告，基於斯諾馬斯會議的討論結果，在2013年11、12月召開三場專題會議，針對三個前沿方向展開討論，於2014年3月1日發佈有關建議實驗重點的初步報告，最終報告於2014年5月1日發佈，5月22日聯邦高能物理諮詢24人小組投票通過了該報告。

報告名為《全球背景下的美國粒子物理戰略計劃》，就一箇中心意思——LBNE中微子實驗是美國粒子物理學的頭等大事，這是自尋找希格斯粒子以來最重要的物理實驗。

有趣的是，國際物理界看到美國來真的了，紛紛表示要加入一起幹，英國、印度、意大利都拋出了橄欖枝，前提是要玩就玩大的，近地表中微子探測器不夠勁，要建在深層地下，越深越好，可以有效屏蔽宇宙射線干擾，方便檢測來自宇宙的中微子與地球本身產生的中微子。

美國人很雞賊，本來承諾由能源部資助10億美元，剩下5億美元眾籌，一看大家很熱情，反而全出了15億美元，當然也加強了對實驗的掌控權。大亞灣中微子實驗有美國深度參與，LBNE中微子實驗截至目前，還沒看到有中國加入。

2015年1月30日，LBNE組織正式解散，由P5推薦的新合作組織將實驗名字改成了LBNF/DUNE，意思就是長基線中微子設施-深地下中微子實驗，兼具了強度前沿與宇宙前沿。

看到這裏，可能你會疑惑，中微子不都發現半個多世紀了嗎，為啥世界各國還在不厭其煩反覆折騰它？

12 超級賽亞人變身！

讓我們再次回到曾經挖出黃金的霍姆斯特克礦山，這裏是中微子“神奇之旅”的起點，也有可能是它的……終點。

太陽是一個天然的核聚變反應堆，釋放出大量中微子。1968年，雷蒙德·戴維斯（Raymond Davis）在1500米深礦井中埋了一個615噸氯乙烯溶液的大容器，以捕獲來自太陽的中微子。

這個戴維斯，就是上面提到那一位，他將王淦昌的間接檢測中微子實驗做到了最好，這哥們幾十年如一日，跟中微子卯上了，中微子決定give him color see see（給他點顏色瞧瞧）。

讓他困惑的是，每次捕到的中微子都只是標準太陽模型理論值的1/3，戴維斯百思不得其解，整日茶飯不思，為中微子消得人憔悴。

這個中微子失蹤之謎持續了30年，直到1998年日本超級神岡探測器首次發現了中微子振盪的確切證據，才給出了一個合理的解釋：

有2/3的中微子在飛行過程中振盪變身，躲過了戴維斯的探測。

就如超級賽亞人有三階一樣，中微子也有三代：第一代電子中微子、第二代μ子中微子、第三代τ子中微子。

事實上，標準模型中，電子、夸克等所有物質基本粒子都有三代，如μ子是第二代電子，τ子是第三代電子，一代比一代重。為什麼只有三代，這是一個謎。

超級賽亞人可以在三階中任意切換，中微子也能在三代中振盪變身：基於物質效應，大約2/3的電子中微子在太陽內部飛行的過程中振盪變身，轉換成了μ子中微子和τ子中微子，戴維斯的探測器只能觀測電子中微子，於是產生了失蹤之謎。

1984年，由加州大學華人物理學家陳華森提出實驗構想，通過重水可以將三代中微子一網打盡。

由於1987年陳華森不幸因白血病去世，加拿大女王大學教授亞瑟·麥克唐納（Arthur B. McDonald）踐行其遺願，在2001和2002年率領SNO合作組火速出動，將所有中微子全部捉拿歸案，證明捕獲到的中微子與理論值保持一致，太陽中微子失蹤案終於告破。

科學家如此關注中微子振盪，在於這背後有一個天大的秘密，振盪即意味着中微子有質量，哪怕極小，也與標準模型預言的0質量有天壤之別。

標準模型英文簡寫SM，顧名思義，這個模型特別虐人，物理學家明知SM有大問題，沒有包括引力，不能解釋暗物質暗能量，但就是深陷其中不能自拔，不管怎麼做實驗，SM預言的各種物理現象都與理論吻合得很好。

《楊振寧的最後一戰》中，標準模型相當於物理學家玩密室逃脱，預言的61個粒子都找到了，就是沒找到鑰匙。直到中微子振盪表明中微子有質量，才將密室的大門打開一道裂紋。

據標準模型，基本粒子的質量來源是希格斯粒子，中微子不與希格斯場相互作用，所以是0質量，如今發現中微子有質量，則説明還有一個神秘的質量來源。

中微子振盪，是當前唯一超越標準模型的新物理發現。

但這還不是中微子最大的秘密。

13 尋找6顆無限寶石

神説：要有光。

138億年前，宇宙大爆炸後是一片光的海洋，正反物質不斷相互湮沒轉換成高能光子。

隨着宇宙不斷膨脹逐漸冷卻，反物質消亡殆盡，留下了一個物質的世界。

宇宙起源的標準理論認為，物質與反物質在大爆炸之初是成對或等量產生的。那麼原初反物質究竟是怎樣消失的呢？

答案或許藏在中微子振盪中，要全面描述中微子振盪，需要6個參數：

其中θ是混合角，表示振盪的振幅，θ12就是第一代中微子與第二代中微子振幅，依此類推；

上圖是第二代中微子與第一代中微子質量平方差，表示振盪的頻率；

δCP是CP破壞相角，表示正反中微子振盪的概率不同。

是不是被一堆數學符號繞暈了？你可以把中微子振盪看成是滅霸的無限手套，6個參數就是6顆無限寶石，一旦集齊嵌入手套，科學家就能變身滅霸，一拳將標準模型的密室大門打破，打個響指，把宇宙的另一半抹去。

目前已經測得4個參數，分別是θ12、θ23、θ13以及：

半個參數：

不曉得它是正數還是負數，即不知道m3與m2誰大；CP破壞相角，δCP還藏在雲深不知處。

這個CP，就是我們上面説的電荷宇稱守恆。C是電荷守恆，P是宇稱守恆，科學家已經證明CP破壞了，δ就是那個破壞相角，如果測出它的值很大，就能指證是中微子破壞的。

δCP，就是我們要找的最後一顆心靈寶石，六顆無限寶石中最強大的一顆。

漫威系列電影中，滅霸最早得到心靈寶石，他送給了洛基，然後落到鋼鐵俠手中創造了幻視。在《復仇者聯盟3》片尾，滅霸敲開幻視的額頭得到了心靈寶石，6顆寶石集齊，宇宙一半的生命化為烏有。

心靈寶石是唯一一顆本身具有思想並且可以控制人們心神的寶石，滅霸消滅宇宙一半生命的計劃，或許就是被心靈寶石控制想法而做出的決定。

現實宇宙比漫威宇宙狠多了，別説生命，甚至連一半的存在都被抹去，那就是反物質世界。按理説正反物質數量一樣，它們相互湮沒轉化為純能量，宇宙中應該空空如也，沒有星系，沒有太陽地球，也沒有你我。

醋醋還能寫這篇文章，很可能拜中微子的CP破壞相角所賜，它的值越大，正反中微子不同也就越大。而這個微觀正反粒子的不同，就如蹺蹺板一樣撬動了宏觀世界的勝負，物質笑到了最後，最終形成了我們的世界。

測算CP破壞相角，我們就能洞窺宇宙的心靈，弱弱地問祂老人家一句，當初您為何大發慈悲，讓我們得以存在。

δCP的值，與所有中微子振盪的參數都有關，這其中θ13又是最重要的，如果θ13等於0，δCP永遠測不出來。

θ13就是第一代中微子與第三代中微子振盪的混合角，其值越大，意味着第一代與第三代中微子發生振盪的概率越大，但是之前都不樂觀。就好比超級賽亞人變身，都是從一階到二階，再變到三階，沒有直接從一階到三階的。

健身也是，用力過猛，沒有預備動作，謹防閃了腰。

大亞灣中微子實驗的結果，θ13為 0.092，之前預估，如能在0.01-0.03之間，就謝天謝地了，沒想到中了個大獎，所以這個結果一出來，就轟動了整個物理界，大家歡天喜地來祝賀。

因為以後物理學家有得事幹了，下一步可測出：

的正負，排出三種中微子的質量順序，再下一步直搗黃龍，測出CP破壞相角δCP。

毫不誇張地説，大亞灣實驗拯救了美國的中微子旗艦實驗。

θ13意外地給出了最大CP破壞的跡象，有科學家認為δCP有可能為270°。這就能證明是中微子導致了正反物質不對稱，物質打敗了反物質。

但我們不要高興早了，物質只佔宇宙成分的4.9%，暗物質佔26.8%，其餘68.3%則是暗能量。物質王國只是個小弟弟。

大亞灣實驗還有個神秘現象，就是有6%的中微子丟失了。當年太陽中微子丟失了2/3，後來發現是振盪成了別的中微子，那麼這丟失的6%，是不是也有可能振盪變成了第四種中微子呢？

這是有可能的，它就是本文開頭提到的惰性中微子，它只與中微子相互作用，不與其他任何物質來電。中微子第四種究極變身，有可能就是我們苦苦尋找的暗物質。

14 王所長想好了嗎？

美國LBEF/DUNE實驗，集各種中微子實驗於大成。LBEF既是一個長基線中微子實驗，還帶3個短基線探測器；DUNE是深地下中微子實驗，不僅能夠探測來自LBEF的加速器中微子，還可以測宇宙、太陽、地球中微子。

當2024-2026年LBEF/DUNE實驗建造完畢後，中微子可能放棄最後的倔強與羞澀，將其全部秘密展現一覽無遺，拱手獻出令正反物質不對稱的心靈寶石。

發現中微子振盪的日本也不甘人後，經歷了超級賽亞人三階變身：80年代的神岡中微子實驗，90年代的超級神岡中微子實驗，以及剛剛批准的頂級神岡中微子實驗，未來説不定還有究極。

目前我國大亞灣中微子實驗取得了突破性發現，後繼還有江門中微子實驗，距廣東台山與陽江兩個核電站剛好都是53公里，剛好處在反應堆中微子丟失概率最大的地方，非常有利於中微子質量排序測定，預計2020年建成開始運行。

更值得一提的是，在四川西昌市附近的錦屏山，埋藏着世界最深的錦屏地下實驗室，其擁有2500米的岩石覆蓋層，超過美國DUNE實驗室1000米，在屏蔽宇宙射線方面具有國際上不可比擬的優勢，有很多國家哭着鬧着想來這裏做實驗。

歐洲當然也明白中微子的重要性，CERN本想建造一個更大的實驗，向距其2300公里的芬蘭中部比哈薩爾米礦發射中微子。

但是，為新的基礎設施付費很困難，因為CERN已經承諾要對LHC進行昂貴的升級，很難將一個新的重大項目納入其12億美元的年度預算。因此，以便宜得多的價格投資LBNF/DUNE項目是一個現實的選擇，但這樣主導權就不在自己手上了。

所以，重大科學項目投資一定要慎之又慎，大筆資金投入後，隆隆列車滑進軌道的那一刻，再想轉身就很難了。

普京説，俄羅斯雖大，沒有一寸土地是多餘的。

就算中國有錢，也沒有一分錢可以亂花。

選對撞機還是中微子實驗，王所長想好了嗎？

15 美國物理的分水嶺

中微子固然神奇，與上帝粒子統帥三軍相比未免勢單力薄，後者同樣導向超越標準模型的發現，還可能實現三大基本力的超對稱統一，通往最終的萬有理論。

1992年温伯格出版《終極理論》向美國議員們描繪這樣的宏大圖景，至今令很多物理學家憧憬不已。

然而，美國國會幾輪投票後，在1993年喊停了啓動6年的超導超級對撞機（SSC），挖好的隧洞被填滿，只留下幾棟地面建築風中蕭瑟。

這件事成為美國物理學的分水嶺，之後美國與對撞機漸行漸遠，並在2015年全力進攻中微子。

當年中微子還沒有今天這麼多神奇之處，是什麼原因讓美國人如此決絕於對撞機？

關於SSC下馬的分析，主要集中在三點：

1、預算超支太大，44億美元漲到110億美元。

2、面臨國際空間站競爭不敵。

3、科學界內部反對，如凝聚態物理。

回頭來看，這三點還是不能説明全部問題。

1984年國際空間站立項費用80億美元，1988年預算費用增加到250億美元，1998年建造到2010年升空，耗資千億美元，其中80%由美國承擔。

美國航空航天局（NASA）開始時超支的數額還不算太大，因為怕國會否決落得SSC的下場，後來發現國會睜一隻眼閉一隻眼，膽子越來越大，超支也越來越多。

空間站超支遠遠超過SSC，為什麼沒有遭遇下馬的命運？

美國凝聚態物理大佬菲利普·沃倫·安德森(Philip Warren Anderson)反對SSC，是在1987年的發言，主要是從哲學意義上反對還原論思想，而當年SSC項目通過了。

很多人研究SSC下馬，都把注意力集中在美國審計總署（GAO）1992年2月發佈的一份審計報告上，該報告集中討論了項目費用超支，進展滯後的問題。這是美國政府對SSC的第一份不利報告。

然而這只是個開頭，更加全面深入的報告在1993年5月14日發佈，隨後觸發了美國眾議院6月投票通過終止“終止SSC以減少赤字預算”的提案，經過參眾兩院多輪投票，於1993年10月26日通過了最後的修正提案，SSC至此壽終正寢。

5月14日發佈的報告，才是關鍵報告。醋醋從美國審計總署（GAO）官網上下載了這份報告PDF版，名為《國家安全效益、類似項目和成本》，一共24頁。

報告第一部分討論國家安全，結論是SSC不能提供直接的國家安全利益，至於能源部一再強調的間接利益。“是無法以任何程度的確定性來預測的。”

所以導致SSC下馬，成本過高還不是最主要的原因，否則國際空間站早下馬十回了，對國家安全無益，看不到任何應用的可能，才是SSC的阿克琉斯之踵。

這一點甚至連商界都在關心，早在美國審計總署關鍵報告發布一年前，即1992年5月26日，華盛頓競爭企業研究所就發佈了一份結論明確的報告《是時候拔掉超導超級對撞機的插頭了》。

這份報告除了詬病SSC預算超支，對其科學價值更是不客氣。

《聖經》的通天塔意圖直達天堂，SSC旨在直達物質中心。不幸的是，SSC這座現代通天塔，是一座僅使接近神職人員的科學家受益的紀念碑。

16 仰望星空不是仰望虛空

華盛頓競爭企業研究所將SSC比作通天塔，這是一個非常精準的比喻，區別了SSC與其他基礎科學研究項目的本質不同。

關於仰望星空與腳踏實地，基礎科學與社會民生的矛盾，有個著名的故事。1970年，贊比亞修女瑪麗·尤肯達（Mary Jucunda） 給 NASA寫了一封信，她質問：目前地球上還有這麼多小孩子吃不上飯，NASA怎麼能捨得為遠在火星的項目花費數十億美元。

NASA很快給修女回了信，同時還附帶了一張題為“升起的地球”的照片，並以《為什麼要探索宇宙》為標題發表。

回信沒有説探索宇宙是一件多麼激動人心，讓人類的價值得到昇華的美事，大段文字在解釋太空項目引發的科學創新如何應用於民生。尤其是針對修女提出的食物問題，回信更是不吝筆墨，詳細説明太空項目如何促進食物的生產，以及合理分配給有需求的人。

從月球上看地球冉冉升起

支持對撞機的科學家沒有像NASA一樣耐心解釋，這個項目到底有什麼實用價值。

他們不是不願，而是不能。

《聖經》中的通天塔，通往的不是天空，而是不存於現世的天堂。對撞機尤其是SSC及之後的超大型對撞機，研究的基本粒子，大多不穩定存於自然界。

以希格斯粒子為例，它一出現就會立即與夸克、輕子等基本粒子發生作用而消失，科學家扒拉遺留的“殘骸灰燼”來研究它的屬性。要説希格斯粒子存在，那也只是在理論上顯示它可能存在於宇宙大爆炸之後的極其短暫的幾秒之內。

對撞機正是模仿宇宙大爆炸那一瞬間，通過加速粒子接近光速對撞，製造出一個極高的能量團，讓一些必須在高能狀態下才能存在的基本粒子曇花一現。

基本粒子有三代，一代比一代重。當加速器產生出這些更重的粒子之時，它們迅速地衰變，最後變成與第一代粒子相同的粒子。只有在能量充沛的早期宇宙環境下，它們才可能大量產生出來，並且對宇宙的演進構成影響。在當今世界，不過是對130多億年前遠古宇宙招魂。

楊振寧《中國今天不宜建造超大對撞機》一文第五條理由，對撞機在短中期30-50年內不會對人類生活有幫助，這是很客氣的判斷了。在我們生活的低能宇宙中，可能人類永遠都用不到這些對撞機粒子發現。

我們仰望星空，不是仰望虛空。

美國當初寧可再花6.45億美元將SSC挖好的隧道填掉，以防死灰復燃。後來歐洲LHC發現上帝粒子，以美國爭強好勝的性格卻不是迎頭趕上，真正的原因在這裏。

美國人是很現實的，1969年費米實驗室擴建，第一代主任羅伯特·威爾遜（Robert Wilson）想找國會多要點錢，國會劈頭一個問題就是能帶來什麼國防上的好處。

威爾遜聳聳肩，跟國防沒一毛錢關係，但是物理研究很牛逼，能提升人類的尊嚴，讓美國更值得被保護。

這理由還真讓國會撥款了，多年來成為科學界的美談。

但讓國會慷慨解囊的，恐怕並非威爾遜的舌綻蓮花，而是費米實驗室的費米，他解決了可控核裂變，讓原子彈變成現實，其本人就是美國國防的象徵。

那段高能物理的黃金歲月， 要感謝原子彈的威力，美國嚐到了研