互动科普

运气很神秘，每个人在生活和事业中都会碰上不可多得、无法自控、后果或好或坏的机遇，这些机遇有时甚至能成就或者断送他（她）的一生。科学家也不例外，他们在探索自然奥秘的漫长旅程中，有时也会因为好运而获得重大发现，一举成名；或者遭遇坏运气而前功尽弃，甚至一事无成。

日本的高能物理国家实验室（KEK）在20世纪80年代的运气就很差。当时第五种夸克“底夸克”（bottom quark）已经在美国费米实验室被发现了，其质量接近5千兆电子伏。于是有些理论物理学家预言：第六种夸克“顶夸克”（top quark）的质量可能在20～30千兆电子伏之间，应该很快会在高能粒子碰撞过程中露出蛛丝马迹。KEK的科学家们迅速在他们建造的正负电子对撞机TRISTAN上把对撞能量从5千兆电子伏提高到26千兆电子伏，企图一举捕捉到顶夸克。但最终他们的努力一无所获，因为到了80年代末期，人们相信顶夸克的质量一定在90千兆电子伏以上。直到1995年，顶夸克才在费米实验室被发现，它竟然重达175千兆电子伏，远远超过了TRISTAN的对撞能量。毫无疑问，日本科学家在寻找顶夸克的竞赛中运气不好，白白耗费了大量的人力、物力和财力。

小柴昌俊

相比之下，东京大学的小柴昌俊则算得上是科学家中的幸运之星。1978年，小柴教授提出利用大型水切伦科夫探测器寻找质子衰变的设想，并带领他的团队于1983年将该想法付诸行动，建成了神冈地下实验室。直到1987年1月底，神冈探测器都还没有发现任何质子衰变的迹象，而且由于水不够纯净，使得探测器的灵敏度也没有高到足以探测到可能的超新星中微子信号的程度。考虑到自己3月底就要退休，小柴教授把实验室的具体事务转交给学生和助手，敦促他们把探测器的用水过滤干净。他们做到了。就在2月23日这一天，神冈探测器意外地捕捉到了11个来自超新星1987A爆发的中微子事例。大约两个半小时之后，身处南半球的天文学家甚至用肉眼直接观察到了这次发生在大麦云的超新星爆发。由于银河系内看得见的超新星爆发平均每200年左右才出现一次，而超新星1987A恰巧爆发在2月份，这对于刚刚改善了探测灵敏度的神冈探测器和即将退休的小柴昌俊而言都是一个极其幸运的事件。作为神冈实验的领军人物，小柴教授因为首次探测到超新星中微子并开启了中微子天文学的大门而荣获2002年的诺贝尔物理学奖。倘若他早两个月退休，这份殊荣很可能会花落别家；倘若超新星1987A早一个月爆发，伴随而来的中微子很可能与灵敏度尚未提高的神冈探测器失之交臂。天时、地利与人和集中出现在1987年1月底至3月底的两个月之内，这样出奇好的运气也只有小柴昌俊碰上了。

同样是探测中微子，日本的T2K实验却没有这么好的运气。T2K实验从2010年1月开始取数，旨在探测μ型中微子转化为电子型中微子的概率，从而确定最小的中微子味混合角θ13 。然而2011年3月11日发生的日本大地震却损坏了产生μ型中微子束流的J-Park质子加速器，使得295公里以外的超级神冈探测器（扩建后的神冈探测器）也不得不停止中微子事例的采集。这一突如其来的天灾迫使T2K合作组在数据量不足的情况下于2011年6月提前公开了他们的分析结果：θ13角比预期的要大，其数值接近10°，但却只有2.5σ的置信度。针对T2K的实验结果，中国的大亚湾反应堆中微子实验组迅速调整了他们的探测器安装方案，提前开始反电子型中微子振荡的探测。2012年3月8日下午，大亚湾合作组的中方发言人王贻芳在北京宣布：他们成功地观测到反应堆中微子振荡现象并获得θ13 =8.8°±0.8°的数值结果，置信度达到了5.3σ。相比于T2K实验的极不走运，大亚湾实验的运气要好得多，在激烈的国际竞争中率先取得发现性（置信度大于5σ）的成果，令全世界瞩目。

但是，无论运气是好是坏，也都不能左右科学家的好奇心与探索欲。尽管很多人喜欢把意外的好运气比作天上掉馅饼，但是我们一定要记住：即便天上真的掉下馅饼，也只是给那个手拿盘子随时准备接住它的人。

（本文发表于《科学世界》2013年第1期）