贺远强

中山大学物理学院副教授

弗吉尼亚理工大学博士

采访 | 李佳琪 文 | 何静怡

图 | 由受访者提供

还记得科幻小说《三体》中的粒子物理实验以及可用于宇宙通信的“中微子发射系统”吗？回到现实，粒子物理是怎样的一种存在呢？中微子又是什么？它的应用领域有哪些？它跟人们的日常生活有什么关系……

本期，我们跟随中山大学物理学院副教授、美国弗吉尼亚理工大学博士贺远强，走进高能物理学的世界，了解粒子的研究及其应用前景，探寻基础科学与新材料的相互关系。

高能物理学（High Energy Physics）又称粒子物理学或基本粒子物理学，是一门基础学科，也是当代物理学发展的前沿之一。

2003年，中国科学院高能物理研究所科研人员提出建立大亚湾反应堆中微子实验项目，以利用大亚湾核反应堆群产生的大量中微子，探寻第三种中微子振荡模式，研究中微子的相互作用规律，并由多个海内外学术科研单位共同组建了国际合作组。

香港中文大学是合作组成员之一，当时正在该校修读大三的贺远强参与到实验中，正式开启了高能物理领域的进阶之路。虽然贺远强在硕士毕业后远赴美国弗吉尼亚理工大学攻读博士，并成为弗吉尼亚理工大学和阿拉巴马大学的博士后研究员，但他也持续参与大亚湾反应堆中微子实验的研究。

2018年，大亚湾实验项目进入尾声，国内学界开始筹划下一个中微子实验目标——江门（JUNO）反应堆中微子实验，以利用反应堆的中微子振荡确定中微子质量顺序。也是在那个时候，贺远强放弃了当时美国优越的科研环境，毅然选择回国，加入到江门反应堆中微子实验项目的研究。

“欧美在基础物理领域的研究起步较早，现已形成较为成熟的体系，而国内因起步较晚，很多地方仍存在空白。当下大多‘卡脖子’技术，其实也是卡在基础研究上。基础研究能从源头和底层解决关键技术问题，是科技事业大厦的地基。比如说如果我们没有对撞机，就难以研究基本粒子的相互作用，更不可能推导出可行定律，也就没有办法根据这些定律去发展下一步工程技术。”贺远强跟记者回忆道，当时大亚湾实验还没完全结束，而江门中微子项目才刚开始筹建，国内学界希望有更多年轻人回到国内，参与不同的科研项目，所以他选择了回国发展。

“我国近几年已越来越重视基础研究，而高能物理作为基础中的基础，更是向前迈出了一大步。”他坦言，在大亚湾实验之初，因为我们的经验不够丰富，进行国际合作是很好的经历。

但一路走来，我们不断填补昔日空白，现在已拥有足够实力去运行自己的实验。如今，国内不少科研单位，已经能做出与欧美并肩的成果，甚至在某些项目上比他们做得更优秀。

“对我来说，在基础物理领域持续探索的动力，其中非常重要的一个因素是兴趣。”贺远强认为，做科研，有快乐也会有挫败，对科研保持兴趣很重要。

“经历失败是必然过程，有时候做100次实验，才能获得1次成功的数据，只有足够热爱、真正想做好，才会有毅力反复去做，尽自己所能付出最大努力去探索。”

源于对科研的好奇心，贺远强深入研究了反应堆中微子的产生及其前沿应用。他告诉记者，核电站每个反应堆都会产生大量粒子，但绝大部分是不能释放出来的，所以不会威胁到人们的健康安全。但也会有一些粒子非常“活泼”，会在反应中“出走”，中微子就是这样的一种粒子。中微子的质量小、不带电，不参与大部分粒子的相互作用，几乎能突破任何屏蔽体，从反应堆的堆芯穿透出来，游走到反应堆保护壳外面，甚至穿透到很远距离。

“我们如果能成功获取中微子的物理信息，就能用来反推反应堆的运行状态。”他说。据贺远强介绍，核反应堆一般运行6—9个月后就需要停机换燃料，此时运行方或监管部门就可以通过检验燃料棒的燃烧程度，来评估反应堆情况。但这种方法只能在停机时操作，故而不能对核反应堆的运行情况进行实时监测。如果能利用中微子极强的穿透力优势，就有可能在反应堆常规运行状态下实时监测其安全性。

“只要我们有办法测量中微子总体的量，就能了解到反应堆的同位素衰变情况，监测反应堆是否在安全状态下运行。”他透露，除了他们团队，现在全球各地也有不少科研组织正朝着研发这种中微子反应堆监控探测器的目标而努力。但这类监测器的研究，现在仍处于探索阶段，虽然已有一些阶段性成果，但仍有很长一段路要走，难以在短时间内问世。

碘化铯晶体

除了反应堆安全层面的应用，贺远强还带领团队研究拓展核物理在各个社会领域的应用与实践。他指出，在现实生活中，核物理无处不在，但不少人依然会谈“核”色变，担心核辐射会影响身体健康。其实，当核辐射量限制在一个安全范围内时，不仅不会对人们造成影响，反而可以为人们的生活带来很多帮助。比如人们去医院做的CT、PAD、MRI等检查，都是核物理的应用。

“我们目前非常想推动核物理在医疗领域中关于核医学成像、核药方面的应用。例如，我们希望可以为伽马射线影像设备国产化提供技术支撑，以降低医院的设备成本，减轻病人的负担。另外，我们下一步努力的方向是核药，用于辅助医生在医学影像中更加清晰地了解癌细胞位置和数量。核药，也称为医疗同位素，由于它的生产依赖于医疗反应堆，产能本来就低，加上现在不少这样的反应堆停运，更加剧了供不应求的局面，甚至还出现断供情况。病人不仅需要高价购入进口药，而且还需要排队很长的时间才能拿到药。”贺远强表示，随着核医疗需求增加，他们期待能加快核药品的国产化、产业化，以降低药物成本，缓解国内供需紧张。目前我国政府正在大力推动包括核医学成像技术、核药研发、核治疗设备在内的核医学发展，这也给核物理的发展注入了强大动力。

此外，贺远强还希望研发出更灵敏的探测器，让人们在不同场景都能准确测到核辐射量，如有害废料扩散到哪里、影响有多大，在土地、河流的残留量怎样等。他憧憬日后的核检测，能像现在的核酸抗原检测那样，在百姓需要时就可随时随地便捷检测。

业界有说法称：谁先探索新粒子新物理就会拥有未来新材料的新应用。那么，高能物理与材料发展之间有着怎样的关系呢？

“高能物理学的发展跟材料的发展有着密不可分的关系，甚至可以说它的进步有赖于材料发展。”贺远强提到，他们团队正在筹备研究的塑料闪烁体探测器，就非常需要能与中微子产生反应、具有甄别中微子能力的高性能闪烁体材料。

塑料闪烁体

他进一步解释说，闪烁体是一种吸收中微子后会发光（也就是光子）的材料。假如现在每单位中微子能量在闪烁体上产生1千个光子，那我们就只能从这1千个光子去构建其产生的位置，若有一种更高性能的闪烁体，能把数据提升10倍，变成1万个光子，那么探测器就变得更精准。

目前，高性能闪烁体材料仍依赖于进口，面临“卡脖子”难题，极大限制了实验筹备的推进。如果能从新材料中取得突破，研发出具有更高性能的国产闪烁体材料，那么在做探测器时就会很有优势。

正如唯物辩证法所说的“一个事物的发展有助于另一个事物的发展，反之亦然”。在贺远强看来，粒子物理与材料之间也存在着同样关系。

他强调，材料的进步能推动高能物理发展，而高能物理的突破也倒逼着材料进步，它们彼此促进、相得益彰。比方说，他们进行粒子物理实验时，经常会对材料提出新需求，这时就需要与材料企业一起合作探讨，让他们根据市场或科研所需开发新材料，这也一定程度上推动了材料行业的发展。

贺远强坚信，科学的进步与材料的发展息息相关，它们彼此依赖、双向发展。他期待有相关材料研发成果的团队能与他联系对接，共同推进高能物理科研发展。

《科技与金融》出于传递商业资讯目的刊登本栏目文章，不代表本刊立场。