王贻芳：物质科学不强，其他科学不可能强

在9月7日揭晓的未来科学大奖物质科学奖项中，中国科学院院士、中科院高能物理研究所所长王贻芳成为得主之一，将与另一位得主、他的合作者陆锦标分享总共100万美元的奖金。此时，距他2012年在大亚湾反应堆中微子实验发现“第三种中微子振荡模式”，时隔7年。未来科学大奖评委会说，“王贻芳的这项研究成果，将为超出标准模型的新物理研究，特别是解释宇宙中物质与反物质不对称性提供了可能。”

未来科学大奖物质科学奖获奖人——王贻芳

“未来科学大奖”是中国首个由科学家群体和企业家群体共同发起的科学奖项，它奖励的科研成果，要求具备这样几个条件：在大中华地区完成、在国际学界具有影响力、原创性，并且该成果已经经过相对长时间的检验。对获奖者的国籍、性别和年龄不设限。该奖2016年设立，2019年是第四届。颁奖仪式将在11月份举行。

“我还没有想好该怎么用这笔钱”。在揭晓仪式后，王贻芳第一时间接受了网易科技记者与未来论坛青年科学家代表的联合专访，谈到这笔“巨额奖金”对于他目前正在力吁推进的环形正负电子对撞机会否有帮助时，王贻芳语气轻松，”大加速器所需要的经费规模远超过这个奖金，（这笔钱）也许可以用来作为募集更多经费的成本花费。”

采访过王贻芳的一些媒体，形容这位科学家是不擅于言辞的人，能把天聊死，但在本次历时一小时的采访中，王贻芳谈吐从容，应答自如，在谈及一些公共关注的问题时，声气很足，谈兴很健。

以下是主要的访谈内容：

一，为什么能发现第三种中微子振荡？

问：中微子被誉为一种“幽灵粒子”，前两种振荡现象证明中微子有质量，这个科研发现在2015年获得了诺贝尔物理奖，您的第三种中微子振荡发现的意义是什么？

王贻芳：新的中微子振荡模式的发现，第一个重要的意义在于它使我们对中微子振荡的整个图像有了完整的认识。因为三种中微子一般而言就应该有三种振荡模式，最后一种振荡模式的存在及其振幅大小，应该说对我们理解整个中微子振荡的图像具有非常重要的意义。

第二，中微子振荡使得我们有可能有一种（所谓的轻子）CP破坏，?就是宇宙和电荷守恒的破坏，使得我们有可能理解和解释宇宙当中的物质和反物质的不对称性。所以要想确认这一点就需要能够测量CP破坏的参数，而CP破坏的参数跟第三种振荡模式的振幅又是联系在一起的，如果振幅为零的话，CP破坏的参数永远测不出来。所以未来实验的能力，在很大程度上决定于第三种振荡振幅的大小。

应该说我们非常幸运，这个振幅非常大，比我们原来预想的大了10倍左右，这种情况下未来的测量中微子CP破坏的实验就相对比较容易，也正因为如此国际上几个实验最近都开始启动，包括美国和日本。应该说第三种振荡模式振幅参数θ13的测量使得中微子物理研究未来的发展有了非常清晰的路径。

问：大亚湾实验是在国际竞争下做出来的成果，当时是如何超越韩国和法国的国际竞争的？

王贻芳：2002年我们知道或者说我们确认中微子有振荡，θ12和θ23的振荡参数都已经测量出来以后，大家的目光就集中在θ13参数的测量方面。2003年左右全世界大概有8个实验的方案，大家都希望自己的方案一是能得到自己国家政府的支持拿到经费；二是能够争取获得足够的国际支持，使得参加这个实验的科学家人数能够达到最高。因为人数多了得到各自国家经费支持的几率就会比较大。当时中国的大亚湾实验也参与了竞争，最后经过3年，在2016年左右我们跟美方正式完成了合作组的安排，使得大亚湾实验组成为当时国际上θ13测量的最大合作组。

同时，我们也需要开展实验本身的设计和研制，因为我们的科学目标相对来说比较激进，目标比较高，使得我们对探测器建设的要求也比较高，即探测器建设的规模和精度，以及地下实验室开挖的规模，都远远大于其他实验。另外两个获得支持的法国和韩国的实验相对建设规模跟我们比较小不少。我们的规模大，建设要求高，当然花的时间就比较长。到2011年的时候我们发现其它的实验已经几乎快完成了，或者已经完成了，所以我们就处于非常紧张的阶段。

最终还是我们先进的设计和规模起了正面的作用，我们一年取数获得的θ13测量精度会远远超过其它实验好多倍，最后通过三个月的数据我们发表了第一次结果，比别人一年的数据精度还要高。这样我们最终在竞争中不仅仅实现了精度，同时在时间上也成了当时世界上最快的。这个结果决定于实验的设计，也决定于建造进度和建造的水平，最终是很多因素造成的，有偶然的也有必然的。

问：2012年大亚湾首个实验结果出来以后，当时国际上有怎样的反映？

王贻芳：大亚湾实验成果的发表，应该说做了很好的准备，所以我们的实验结果立刻得到大家的关注和信服，整体来说对结果的正确性和精度不太有异议。因为在发表正式的科学结果之前两三个月，我们就在2012年的1月份发表了实验的探测器文章，把我们整个实验的设计、建造、获取的初步数据向国际社会做了报告。这样大家可以看到我们探测器的运行情况怎么样，精度怎么样，误差怎么样。这样一个详细的文章，实际上让大家对我们的结果有了信心，到我们发表正式物理结果、科学结果的时候，大家对我们的仪器，对我们的数据，包括对我们的误差都没有什么疑问。应该说这样的一个设计安排是起到了我们预想的效果。

二，他想改变自然科学教科书上清一色写满外国人名字的历史

问：大亚湾实验后，目前中国在中微子研究方面有没有新的举措？

王贻芳：我们在大亚湾实验正在进行的过程当中，大约在2008年左右，就开始规划设计了下一代的中微子实验，这个实验继续延续前面反应堆中微子实验研究的技术方向。但是用反应堆中微子来测量中微子振荡当中另外的一些参数，比如说中微子质量的顺序。同时这样一个实验也可以做天体物理的研究，包括太阳中微子，地球中微子，还有超新星中微子等等。

我们从2008年开始规划设计这个方案时，也开始了关键技术的预研。等到大亚湾实验结果出来之后，在2013年左右，我们就开始了新的实验，叫做江门中微子实验的建设研制工作，现在我们还在进行当中，估计在2021年左右，我们会完成这样一个新的实验建设，开始它的科学研究工作。

问：大家比较关心的问题，中微子振荡第三种模式的发现，这个研究成果，对大众生活有没有直接的影响？公众应该怎么看待它？

王贻芳：应该说对大众生活不会有立刻的直接的影响，但是基础科学研究是一个现代国家，特别是一个有抱负的大国应该从事的研究方向，孩子们上课学的自然科学的书，都是外国人的名字，中华民族曾经对人类的文明做出过重大的贡献，我们也希望未来的中国在人类文明的发展上，能有一些有显示度的贡献。基础科学研究是我们的弱项，这方面我觉得应该大力的投入，特别是未来30年、50年之后，孩子们学习的课本当中能有一些中国人的名字在上面，中微子研究是其中努力的一个小部分。

三，科学领先和科学设备领先之间是什么关系？

问：经过了北京谱仪，经过了大亚湾正在开展的大型的大科学装置研制之后，这些实验对于产业界的促进怎么样？听说最近江门中微子实验有一个关于光电探测的突破，填补了国内的空白？

王贻芳：大科学设备的研制是未来科学发展的必然。人类发展到今天，从过去只依靠感观，手也好、眼睛也好，到必须依赖于仪器，是一步步发展出来的。所以未来我们的仪器一定是越来越大。对于未来的科学发展，最核心的就是你是否具有仪器设备的研制能力，这对我们的科学能不能走到世界的最前列具有极其核心关键的意义。

所以我们在发展自己的实验，实现科学目标的同时，也非常关注或者侧重于核心技术能力的建设。

一方面是我们自己的科研人员，我们的研究所，相关的实验工厂必须要有这个能力，同时我们也关注于发展国内工业，跟他们一起开发一些相关的技术。

刚才你提到的在江门中微子实验当中，我们就希望把实验探测的核心元件?光电探测元件实现国产化，这个光电探测元件其实具有非常广泛的用途，所有的微光要想被探测到，在很大程度上都要依赖于这种探测元件，我们叫光电倍增管。国内过去曾经有过一点能力，但是水平很低，后来在市场经济的情况下全部冲击完了，基本上国内没有生产。

从2008年开始到2015年，通过将近7年的努力，我们最终实现了当初的期望，完成了光电倍增管的样机研制，也实现了批量生产。现在我们在横向扩展，跟企业一起在开发下一代用于其它方面的各种各样的光电器件。从这个点出发，我们正在不断地横向拓展，希望未来通过江门中微子光电倍增管项目的研制，使得国内在微光探测这方面真的走到国际的最前沿。

问：我们也希望未来在基础科学方面的研究可以解决工业界很多越来越多的“卡脖子”的问题。

王贻芳：一般来说你的科学目标如果是最先进的，或者是远远领先的话，必然要求你的设备要国际领先，通过这种研制跟企业的结合，科学家、工程师一起合作，可以使得我们整个的技术能力有比较大的向前发展的机会。

四，对撞机项目的技术准备工作正在推进中

问：从2012年提出对撞机的计划，一直到现在，进展情况怎么样？

王贻芳：我们从2012年提出这个方案，2013年正式开始启动对它的设计和研究准备工作，到现在为止经历了6年的时间，我们完成了整个方案的概念设计，我们也开始了一些关键技术的预研，一些关键样机很快就会出来，这会使我们整个项目未来的建设有一个基础。我们希望在未来的3—5年的时间里，完成基础准备工作，正式的开始建设。我们也会在未来的3—5年当中，完成地质勘探、选址、土建的设计、国际合作的准备等等其它的工作。

问：也就是说这个事情还是处在计划当中？

王贻芳：也不能说完全处在计划当中，因为设计也好，关键技术预研也好，已经进入到了相当深入的程度了，而且结果很快就会出来了。最终政府的决策在很大程度上也要看我们最终的关键设计和技术预研的成果，要把样机拿出来，最后政府才能知道这个东西是确切可靠的，这么多钱是可以造出来的，这个技术是存在的，这个东西是你能做出来的。

我们现在画的图纸可能有两三种不同的选择，我们不知道哪个好，但是等到样机做出来了，我们就会知道哪个是我们真想做的方案，所以还需要一点时间才能说它是一个确实的建设方案，现在我们完成的是一个概念设计，还不是一个技术设计。从概念设计落到技术设计还要有一段时间，需要把技术准备工作做完。

问：之后再等待政府最终的决策？

王贻芳：政府最终的决策也依赖于我们的输入，也依赖于我们告诉他这个工作进展到什么程度，这个东西有多难，这个东西做得出来还是做不出来，是不是我说的这么多钱，这些都是要有依据的，要有实实在在的设备放在那里的。我们正在做这件事情。

五，对撞机项目在哪里落地，哪里就会是世界科学中心

问：您推进的CEPC的项目，为什么说它会是一个让中国科研向前走的项目？

王贻芳：我们必须要在基础科学研究当中有对人类文明发展作出能够载入史册的重大贡献，这样的贡献，一方面应该期待一些实验室突然能有的奇思妙想，但这不是全部，可能还有相当一部分的重大科学成果，是从有组织的、大规模的科学实践当中产生的。事实上在最近的这些年，这种大规模的、有组织的科学研究活动确实产生了一些重大的发现，比如说大家知道的引力波，大家知道的希格斯粒子的发现，大家知道的中微子振荡，这些都是依赖有组织的、大规模的科学研究而最终产生的重大科学发现。

第二方面，从中国现在的情况来看，做这种有组织的、大规模的科学研究相对来说比那种奇思妙想出成果的机会可能略大一些。我自己觉得我们现在做的有组织的、大规模的建设相对还是不错的，这是我们的特长，所以我们应该做这样的事情。

第三方面，大规模、有组织的大科学装置的建设带来的收益很大。主要是在科学仪器的研制和相关的人才培养方面。因为现在这些小科学的仪器都是买的，如果只发展这些小科学，可能永远也跳不出依赖国外仪器的现状。大科学装置一般不会买仪器，一般都是自己研制。过去北京正负电子对撞机、北京谱仪和大亚湾、江门中微子实验，我们跟企业合作都产生了收益，企业在技术上有了比较大的进步，特别是在人才培养方面有了很大的收益，大大提高了研发能力。所以设施越先进、规模越大，起的推动作用就会越大。

这也就是为什么我们提出CEPC这个项目，首先当然是科学上必须是这个领域最重要，或者最好的科学题目和科学方案。我们是通过全世界的科学家一起来论证的。事实上现在世界各国包括欧洲和美国都在搞自己国家未来高能物理发展规划，从这些讨论当中可以看到我们提出的CEPC项目在科学上已经站住了脚。其次我们认为我们提出的技术方案是可行的，它对我们国家发展的推动作用是巨大的。

这个装置，无论它落在哪里，哪里就是一个世界科学中心，对当地的经济发展也会有重大的推动作用。它的国际化科研管理方式，对我们整个国家的科技管理也会有示范引领作用，对科技发展也会有重大的推动作用。

我们觉得它足够重要，它会成为中国的科学中心、世界的科学中心，成为一个标杆，这个装置具有50年以上的科学寿命。

六，“如果物质科学不强，其他科学不可能强”

问：我知道您一直有一个主张：基础研究必须要加强。您也讲到物质科学探索很重要，对于我们国家来讲，物质科学探索这一块目前的不足在哪儿？

王贻芳：我们的不足在几个方面：第一投入不足，经费不足。首先我们对基础科学的投入，占R&D的比例只有5%，而国际上经常是在15%左右。我认为中国应该在未来5年左右的时间里尽快达到10%的水平。我不能说我自己做物理的，我们就应该多投物理，而是说应该做一个横向的比较，做一个系统的研究，通过数据来看我们投入是不是真的不足，还是某些人为自己的领域争取经费。我们应该有更加系统的研究。根据我自己的研究和看到的数据，我认为第一我们对基础科学研究的投入不足，基础科学研究当中对物质科学投入也是不足的，因为物质科学实际上是所有基础科学研究的一个基础，我们所有的其它研究最终都依赖于仪器，所有的这些仪器最终都依赖于物质科学，如果物质科学不强，其它不可能强。

第二个是人才不足，人才不足在很大程度上也是跟投入相关，如果没有足够的投入自然就不会产出足够多的高水平的人才。

第三，前面两个不足有一点互为因果，横向跟国际上比，这方面的研究水平也好、规模也好，有很大的差距。这方面我们希望在未来的5年当中通过各种各样的努力，能够比较快的改变这个现状，而且我认为我们已经有了很好的基础，这种改变是可以做到的。30年前显然条件不具备，我们走过了一个快速发展的道路。今天整个的科学研究发展到了需要精细化管理的程度，我们需要认真仔细分析我们和国际上的差距，确保我们的投入更加有效。

问：我们国家整个高能物理从规模到人员和国际上的差距，如何体现?

王贻芳：最简单的方式就是数人数，人的数量跟他们比差不多是他们的五分之一到十分之一。因为我们的GDP规模跟美国、欧洲、日本差的不太多，也许人数可以差两倍，但是差十倍显然不太合理。我们的经费跟美国也差了十倍左右,所以我觉得不是特别合理。应该能够追到跟美国差两三倍,这才跟我们的经济发展水平相匹配。我觉得这个改变也不是很难，是可以做到的。这样来看，如果我们按20年的建设运行周期考虑，建设CEPC并没让我们比别的领域多花钱，只不过是我们把大家的钱集中到一起，看起来比较多而已。