費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家。圖片來(lái)源：費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室官網(wǎng)
科技日?qǐng)?bào)記者?劉霞
宇宙是如何開(kāi)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(shí)間的復(fù)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(wèn)題的答案正是美國(guó)費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的工作方向。
上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院教授李亮曾在費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室工作7年之久，他在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，作為美國(guó)首屈一指的粒子物理學(xué)和加速器實(shí)驗(yàn)室，自1967年以來(lái)，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室利用世界上最先進(jìn)的粒子加速器之一——兆電子伏特對(duì)撞機(jī)（Tevatron），不斷推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新并拓展科學(xué)探索的邊界，最終愿景是揭示物質(zhì)、能量、空間和時(shí)間的奧秘。
秉持三大科研使命
李亮說(shuō)：“一個(gè)頂尖的實(shí)驗(yàn)室，首先要有自己真正的‘靈魂’和使命，這賦予實(shí)驗(yàn)室不懈追求的目標(biāo)，也是團(tuán)隊(duì)高度凝聚力所在?！?/p>
費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室秉持三大使命：用粒子加速器推動(dòng)世界中微子科學(xué)研究；領(lǐng)導(dǎo)美國(guó)粒子對(duì)撞機(jī)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用；通過(guò)對(duì)宇宙開(kāi)展測(cè)量發(fā)展粒子物理學(xué)。
費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室主持或參與了數(shù)百個(gè)實(shí)驗(yàn)，包括多項(xiàng)粒子天體物理學(xué)前沿實(shí)驗(yàn)，如1998年開(kāi)始觀測(cè)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(xiàng)目”。
“費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室還為大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的設(shè)計(jì)和建造作出了貢獻(xiàn)，參與LHC上緊湊型繆子螺線管實(shí)驗(yàn)的科學(xué)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(xué)物理系副教授胡震介紹了實(shí)驗(yàn)室取得的一些成績(jī)。2008年，胡震曾以訪問(wèn)學(xué)者身份在費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)一年。2014年到2018年，他又重回故地開(kāi)啟博士后研究。
胡震說(shuō)：“Tevatron建造和運(yùn)行的幾十年，帶動(dòng)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)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(yàn)、技術(shù)、團(tuán)隊(duì)組織方式、科研合作氛圍等，成為了一筆無(wú)形的資產(chǎn)，至今仍引領(lǐng)著科學(xué)家前進(jìn)的腳步?！?/p>
獲得多項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)
在揭示宇宙和物質(zhì)奧秘的道路上，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)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(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；觀測(cè)到反氫原子；在中性K介子中觀測(cè)到直接的CP破缺；直接觀測(cè)到陶子中微子首個(gè)證據(jù)，開(kāi)啟物理研究新時(shí)代；發(fā)現(xiàn)新的奇特強(qiáng)子Y（4140）等。
“2023年8月10日，由費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室主導(dǎo)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(cè)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(xiàng)突破參與者之一的李亮記憶深刻。
去年4月，《科學(xué)》雜志以封面文章的形式發(fā)表了費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的研究成果：科學(xué)家利用“棲身于”Tevatron的探測(cè)器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了迄今對(duì)W玻色子粒子最精確的測(cè)量。
“從Tevatron加速器實(shí)驗(yàn)到中微子振蕩實(shí)驗(yàn)，再到繆子反常磁矩實(shí)驗(yàn)，乃至未來(lái)的深地中微子實(shí)驗(yàn)，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室總是在不斷開(kāi)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(xué)更親民
費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的上述成就令人感覺(jué)特別“高冷”，但費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室一直在努力讓科學(xué)走進(jìn)生活，造福社會(huì)。
例如，Tevatron的設(shè)計(jì)推動(dòng)了超導(dǎo)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(fèi)米實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)始主任羅伯特·威爾遜1946年首次提出使用質(zhì)子進(jìn)行醫(yī)療的想法。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室建造出首臺(tái)醫(yī)療用質(zhì)子加速器時(shí)，威爾遜的夢(mèng)想實(shí)現(xiàn)了。
費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室一直積極參與科學(xué)教育。李亮介紹說(shuō)，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室每幾周都會(huì)組織公眾參觀活動(dòng)，由義務(wù)講解員帶領(lǐng)公眾參觀實(shí)驗(yàn)室各個(gè)科學(xué)設(shè)施。實(shí)驗(yàn)室從1980年開(kāi)始為高中生舉辦“周六晨間物理”等活動(dòng)，并為科學(xué)教師舉辦研討會(huì)。
以諾貝爾獎(jiǎng)得主利昂·萊德曼命名的萊德曼科學(xué)教育中心于1992年開(kāi)業(yè)。中心專(zhuān)門(mén)為教育和公眾參與而設(shè)立，李亮說(shuō)：“通過(guò)這個(gè)中心，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室與周邊群眾建立起緊密聯(lián)系，增進(jìn)了大眾對(duì)粒子物理和科學(xué)研究的理解，激發(fā)了年輕一代對(duì)科學(xué)的興趣，該中心也一直是公眾最喜愛(ài)的游覽點(diǎn)之一。”
