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半岛官网登录·拧螺丝的物理学家
一群物理学家花了13年,在寒冷、缺氧的高山上做了一个大科学装置,然后极其幸运地,他们看到了一个全新的宇宙。故事的要素都在这了:勇气、真意,以及好运。如果说还有什么需要补充的,那就是这帮家伙觉得很快活。
物理学家曹臻仍记得2019年的一个冬夜,在一个巨大、冰冷、幽暗的水池里,他和其他人一起等待水涌进来的那一刻。
为了这个水池——一个对准宇宙的探测器,大科学装置“拉索”的一部分——他们已经在四川稻城海拔4410米的海子山上干了一年多。缺氧已经算不上什么事(“不就是多喘两口气”),最难挨的是冷。水池在封顶时,气温是零下35℃。水池里好一些,冬天常温零下3℃,但湿度90%,穿三双厚袜子再套一双加绒大皮靴,原地站上5分钟也要发抖。现在水池就要完工,只要往这个有3个足球场那么大的池子里注入10万吨纯净水,水位达到4.4米,这个大家伙就能对着宇宙运行了。
晚上9点多,水池的负责人陈明君带了两瓶红酒和几包瓜子,在操作间实验室里和大家举杯,预祝注水成功。作为中国科学院高能物理研究所的研究员,这是他第一次带队安装探测器。半年来,他被工期和进度赶着跑,在水池里日复一日地拧螺丝、布线缆,还有拉水管、抬水泵、擦地拖地、上上下下爬高,整个人瘦掉34斤。下班回到宿舍,他常常一个人静静在凳子上坐两个小时,喝水、抽烟,或者什么也不干,然后才有一种缓过来的感觉。
2019年2月24日晚上9点半,一号水池注水前举杯预庆祝。左起第一位为曹臻,右起第二位为陈明君。 受访者提供
水池快安装完时,队伍里出现了57岁的拉索首席科学家曹臻。他催进度的方式之一是,一起跟着干。有10天时间,他也在水池里拧螺丝,爬10米高的梯子接线缆。但活儿还是没干完。2019年大年初七,曹臻给陈明君打电话:“我已经在稻城了,食堂做饭都安排好了,你们团队什么时候上来安装?”
这是曹臻的风格。一次朋友临时约他第二天一早去爬峨眉山,他爽快地答应,穿一双高帮皮鞋就去了。晚上9点抵达终点时,他已经走了63公里,满脚的水泡,每上一级台阶都得喘口气。
2008年底,曹臻有了建造拉索的念头——整个拉索有200个足球场那么大,从高空俯瞰,一个巨大的圆盘里布置了近一万个探测器,像一盘和宇宙对弈的棋局——但忙忙叨叨11年过去了,直到2019年2月24日这一天,1/4工程都没做完。所有探测器里,工程量最大的是三个水池,现在第一个水池安装完毕,但还没注水。曹臻宣布,今晚一定要把水灌进去。
临近午夜,一切终于准备就绪。打开水阀,水进入漫长的不锈钢水管中。等待,等待,等待。水池里一滴水也没有。
问题出在一段30米长的水管上。由于施工疏忽,这一段漏做了保温措施,加上管子里原有的水没排空,现在整段水管都冻住了。
“去把另外一个水池的水管给我拆了,把这30米全部接好。”曹臻喊道。一群人赶紧跑去拆,又赶紧跑回来接,拧螺丝,拧螺丝,拧螺丝。接好了,水一放,又从没拧紧的螺丝处喷出来,水管又冻住了。
“我太想把这件事干成了。”5年后,62岁的曹臻说。采访这天,他感冒了两个礼拜,没说一会儿话就开始剧烈咳嗽,满脸涨红,他往嘴里塞一颗又一颗润喉片,完全没有要停下来的意思。在这个靠天吃饭的行业里,时间是最等不起的。他几乎是赶着整个团队,最终在2021年7月如期把造价12个亿的拉索建成并投入运行。
拉索完工的第二年,曹臻有两个月都在国外各地访问。那天他正好在意大利佛罗伦萨的阿切特里(Arcetri)天文台。天文台在一座山顶上。清早,这位刚过60岁生日的物理学家就从山脚往上爬,晚上6点,结束一天的讨论,再慢慢走下山。下班路上,他终于掏出手机查看信息。其中有一封来自好朋友Felix的邮件:今天发生了一个大的伽马射线暴,你应该看一下拉索的数据。
伽马射线暴是宇宙中最剧烈的天体爆炸现象,但曹臻收到消息时,并不觉得有什么好激动的。通过天上的卫星探测器,人类已经记录到了近1万次伽马射线暴。而地面探测器看到伽马射线暴的概率虽然低——相当于一支强光手电筒从宇宙深处照出一束光,这束光不一定能照到地球,更别说是地球上的某一个地方——但也有过三次记录了。当然,拉索一次也没见过。那时是国内晚上12点,曹臻把消息转到拉索的经理群,然后回到山脚下的酒店,吃过饭睡觉去了。
凌晨3点左右,拉索的副经理姚志国醒了过来,看到了这条信息。他的妻子查敏是拉索水切伦科夫探测器(也就是那三个大水池)的数据分析员,得知消息后,她立即起床查看数据——拉索看到了这个伽马射线 倍显著性,高得离谱,肯定是哪里搞错了。折腾到早上8点,她把这个伽马射线暴的图完整地画了出来。做了20年数据分析,查敏第一次看到这么漂亮的图,“什么(细活)都不用做,(数据一画成图,)中心就是亮的”。
这是人类有记录以来观测到的最亮的伽马射线暴,取名为“brightest of all time”——“BOAT”。爆炸的来源是一颗比太阳重20倍的恒星。20亿年前,这颗恒星燃烧殆尽,在死亡的瞬间坍缩爆炸,几秒之内释放的能量,比太阳100亿年里释放的能量总和还要多。如此亮的伽马射线暴扫到地球,仅仅持续了20来分钟,根据美国内华达大学张冰教授的报告,这样的情况上千年甚至上万年才会有一次。而这团伽马射线度的张角——像一根针那么细——精准地抵达了位于海子山上的拉索。
第二天,曹臻按计划在阿切特里天文台做报告,“今天我别的都不讲了,我就跟你们讲这个”。他在山上谈论了一整天“BOAT”,“激动得简直不得了……关键是我们看见了,其他的(同能区的望远镜)都没看见。”不仅如此,天上地上所有探测器里,拉索第一个完整记录了伽马射线暴的全过程——这场宇宙中最夺目的烟花,恰好被人类最清晰的摄像头捕捉到了。
在北京高能物理研究所,曹臻所在的粒子天体物理中心在一栋气派的大楼里。多年前大楼还没建起来时,曹臻的办公室在高能所的4号厅,一座有点陈旧的两层小楼。“他在把头那间办公室,整个楼经常可以听见他的笑声。他的笑声是最有魔性的,狂笑那种。”肖刚说。他是拉索缪子探测器的负责人,也是曹臻的学生。哪怕到了隔音很好的新办公楼,曹臻出办公室倒杯水,整条走廊都是他的笑声。
“笑就是他的标准特征。”查敏说。她是曹臻的同门师妹,比他小9岁。2004年,曹臻离开待了10年的美国,回到读硕士、博士的高能所时,查敏和姚志国也刚回国不久。夫妻俩开着车去北京郊区的山上乱转,有两次都碰到了一个人在山上骑自行车的曹臻。“我们称呼他是快乐的‘单身汉’。” 那会儿他的妻儿还在美国。后来曹臻买了一辆越野吉普车,一个周末,他载着同组的3对夫妻和他们的3个小孩,一车10个人去房山玩了一圈。“有时候我们小范围内也会议论一下,说要像他一样高高兴兴,开开心心,永远都认为(好事)绝对是(属于)我的,(然后)去珍惜一切。”
拉索看到“BOAT”之后,查敏紧接着做了更细致的数据分析工作。一周七天,她和姚志国基本都在办公室里干活。那年她51岁,连着干了一个多月后,她去医院做了一个无法再推迟的手术,然后在病床上接着赶论文。但她跟我强调,那只是一个小手术,并且为了看世界杯开幕式,她还提前出院了。2022年她最开心的两件事是:拉索看到了“BOAT”,梅西在世界杯夺冠。
那段时间曹臻也一直在忙活“BOAT”这个事儿,直到2022年12月底,他得了新冠肺炎,住院7天。“我们大家都吓了一跳,他觉得他没什么事。”查敏后来才知道,曹臻一度病得连二楼的楼梯都上不去,去医院拍CT,整个肺都是白的。但出院前,这位年过花甲的物理学家已经在开国际线上会议了。“他(在群里)说,我一定为大家挺住!说这样的话,还挺逗的。”
刚从美国回到高能所时,曹臻手头只有一个项目,英文简称CRTNT。就是找一座山,用望远镜对着山看,如果从宇宙深处飞来的中微子穿过这座山,就可能被望远镜看到。但中微子被称为幽灵粒子,根本难以捕捉,当时国际上只发现了13个来自宇宙的中微子,全部来自1987年的一次超新星爆发。
曹臻为此做出了2台望远镜样机,花了两三百万。但事实上,他申请到的启动资金不足200万。“到现在我也没想明白他为什么敢做,”肖刚说,“一分钱他可以做两分钱的事情,而且边找边做,找点做点。”2007年夏天,他跟曹臻去新疆选址找山,肖刚不会开车,曹臻一个人一天开了1000公里,从一个煤矿穿出来时,两人都灰头土脸的。虽然是师生,但曹臻总是对肖刚说:“兄弟,干什么事去。”“我从来没有看到他很颓废的样子。你看他走路的时候,后脚跟是不着地的,脚尖一冲一冲往前走,非常有劲。”
在那种生猛的氛围中,没做过高能物理实验、本科学机械的肖刚也变得莫名自信。望远镜要做一个光线追踪的程序,但编程最基本的C语言他都不会,而他现学现编现弄,很快就搞定了。曹臻后来开他玩笑:“肖刚,天底下有你干不了的事吗?”
拉索提出后,肖刚主动申请要做缪子探测器,就是大圆盘里那1188个直径7米、埋深2.5米的“大土包子”。30多年前曹臻在高能所读研时,也做过缪子探测器,但失败了。拉索最早的探测器方案要大量使用一种叫塑料闪烁体的材料,肖刚打电话去问做得最好的厂家,对方报价100个亿。“曹老师说,那就自己弄。”于是,肖刚买了炉子和硅油,开始在二层小楼的实验室里炼制。温度一失控,屋子里就呜呜冒烟,熏得整个楼道都是。机器没调好,还会发出猛烈的哒哒声,“当时很好玩,曹老师来了就说,‘又发电报啦?’”
陈明君是在拉索提出后才加入这个团队的。本来他在大亚湾中微子组做博士后,办公室就在曹臻的实验室隔壁。他们有一个共同爱好:骑自行车。曹臻和他的学生们组队骑行时,他也一块加入。四五个人从高能所出发,沿着109国道往郊区去,一天100多公里,回来就在办公室里一起吃冰镇西瓜。2009年做完博后,陈明君主动加入这个小组。
我在高能所见到陈明君时,他已经在筹备一个新的大科学项目。他46岁,话不多,看起来很内敛,说起立项有多难时,神情就像有座大山压在他跟前。前段时间他告诉曹臻,他去科技部申请了400万的资金支持。“我就说了这一句话,老曹就认为我肯定能拿到。”他无奈地笑了起来,“1%可能性的东西,他可以乐观成100%一定的东西。”
造价12个亿的拉索,最早也是那1%可能性的东西。陈明君说,像拉索这种十几个亿的大科学装置,往往是由院士、院长、所长或者一个大学科带头人带领的。“老曹带我们组的时候什么官衔都没有,连主任都不是,属于草根出身。”
项目最早要到中国科学院参加内部遴选,和其他项目竞争。拉索副经理何会海和曹臻一起去做过报告。同一间会议室,不同项目组的人轮流进去。前面一个项目讲完,哗出来一大群人,会议室几乎都空了,他们是所长领着,各个职能部门都带着人去。“我们悲惨到什么程度?进去就两个人,还是我给他提溜包。”
直到拉索正式立项,时间过去了整整七年。对那时53岁的曹臻来说,七年就是他将近八分之一的人生。“你都不知道你在干什么,就是忙忙碌碌的,不知道跑路跑了多少条,你就在忙碌地解决各种各样的问题……看着前面挂了一个饼,而且是个大饼,老够不着,又不想轻易放弃,哎呀,急死人了”。
在申请项目基金这件事上,曹臻总有一种令人信服的笃定感。对于一个他已经申了四五年但都没中的项目,他说:“我讲报告讲得非常好,后来同行们都开玩笑说,就是因为我讲得太好了才总是差那么一两票。”
拉索的竞争对手、由美国科学家领衔的HAWC实验,最初只能在一个已经废弃的、别人曾用来做化学清洗的水池里做实验。后来他们有了经费,但钱不够一次性建一个水池,于是池子变成罐子,给几个罐子的钱,就先做几个罐子。“大多情况就是这样,给你多少,就拿这点钱做多大的事。”曹臻。