中國有哪些研究方向曾經落后于世界，后來實現了大翻盤？

圖片：Loz Pycock / CC BY-SA

矩陣良，兒女情短，英雄氣長。

那當然是我們中微子物理。

（以下內容是我之前寫的一條長微博……我直接貼過來）

科研故事也可以很驚心動魄跌蕩放誕升沉的。阿佐 @葛桜說了良多物理和科普，我沒阿佐那么高的物理程度，作為一個八卦人士我只會講故事，所以我就來講講故事。

不是 BEPC 和 CEPC 的故事——它們的周期比力長，良多故事行內助不太講，不外也是高能故事，是隔鄰做中微子的大亞灣中微子嘗試（Daya Bay，簡稱 DYB）的故事。

大亞灣的故事我小我感覺，是一個我國高能物理從一窮二白到宿世界領先的縮影，并且很是出色刺激，可謂占盡了天時人地相宜——所以你們為什么不宣傳！拍片子啊！寫小說啊！不會寫筆給我行不可！！（恨鐵不當作鋼拍桌.gif）

我可以毫不臉大地說，大亞灣之前，中國無中微子物理。

那仍是剛邁過新宿世紀的時辰，國內一個做過中微子物理的都沒有，對，一個都沒有。反不雅國際上呢？國際上最早的一個中微子嘗試就出在我們一衣帶水的鄰國日本，名字大師也許聽過，就是神岡嘗試，神岡嘗試什么時辰啟動的？1986 年。而到了 1996 年，僅僅十年，神岡嘗試就更進一步進級當作了超等神岡（SuperK），而且一戰當作名震撼全國——

他們發現中微子是有質量的。

這是個什么概念呢？這么說吧，在粒子物理范疇我們有一個近似麥克斯韋方程組一樣美好又經受住了層層考驗的極標致的模子，叫做尺度模子——你聽聽這名字，尺度，就差拿它當物理學大廈封頂的那塊金磚了。大師都記得大街冷巷傳播的 LHC 上發現希格斯玻色子的故事吧，希格斯玻色子，也是落在尺度模子的框架內被好好地描述了的。

這么一個身經百戰見的多了的理論，你猜它怎么預言中微子的？

——尺度模子說，中微子是沒有質量的。

好天轟隆。

超出理論，就意味著必然有新物理，中微子物理剎時當作為了全宿世界競相追逐的范疇——誰不想在一片必定有寶藏的新大陸上插上本身的旗號呢？

中國當然也想，但咱們面對的是一個悲催的輪回：沒有人才，大型中微子嘗試搞不起來；嘗試搞不起來，永遠都不會有本身的人才步隊。高能物理的每一個嘗試都是出了名的長周期，短的十幾二十年，長的三五十年，等 SuperK 活著紀之交出了當作果，意思就是，我們已經掉隊國際二十年了……甚至不止，究竟結果我們就沒有起步過，中微子物理汗青有多長，我們掉隊就有多久。

中微子振蕩被發現，確定中微子有質量后，下一步最主要的就是確定? $\theta_{13}$

大亞灣反映堆中微子嘗試就是這個時辰被提出來的。

這里還有一段不為人知的舊事：早在上個宿世紀，我們已經錯過一次機遇了，就因為窮。

這故事的本家兒角是高能物理學家唐孝威，他在德國漢堡結識了日本物理學家小柴昌俊，兩小我都對證子衰變有稠密的樂趣，是以結下了友情，在各自回國后仍然連結著通信。

尋找罕見的質子衰變需要有山體作為屏障宇宙射線的自然樊籬，這種地輿前提在日本比力難找，但中國山多啊！兩小我但愿鞭策中日進行國際合作。唐孝威找到了時任高能所所長張文裕，獲得了張文裕所長的鼎力撐持，可是那時高能所沒有足夠的經費來撐持這個嘗試，于是標的目的上級申請撥條目。

之后，唐孝威帶著他的學生（也可能是同事？）在西部和四川一帶山脈廣袤的處所選址，初步選心猿意馬了幾個處所，成果一回到海說神聊京，收到上級的回函，說不克不及撐持，合作打算只得作罷。小柴后來在日本神岡找了一個燒毀礦井，起頭進行他的嘗試。

這是 1980 年擺布的工作。

1987 年，小柴在神岡探測器完當作人類史上初次來自外太空的中微子探測；1998 年，SuperK 發現中微子振蕩，證實中微子有質量；2002 年，小柴昌俊獲得諾貝爾物理學獎。

這一遲誤，就是二十年。

大亞灣提出來的時辰，國內高能物理界壓力也是很大的，中微子這塊真一窮二白從零起頭，可想而知否決的聲音也不會少，但我們已經錯過二十年了，再錯過一次就真的沒有趕上的機遇了。

此刻其實有點不可思議那時大亞灣嘗試面對的國際競爭。

那時宿世界上前前后后至少提出了 8 種嘗試方案，中國、法國、美國、日本、俄羅斯都拿出了本身的方案，這些方案對我們要測量的參數的設計活絡度根基在 0.01 到 0.03 擺布。

從來沒做過一個大型中微子嘗試的中國，拿出的大亞灣方案，設計精度是 0.008，是所有方案中精度最高的。

國際上沒有人相信中國高能物理學界能做到這樣的精度，我們本身人也有不少思疑。幸運的是，這一次，我們可以讓它當作為實際了。

同期上馬的與我們競爭的嘗試組還有兩家：法國的 Double Chooz 嘗試，和韓國的 RENO 嘗試。法國在中微子嘗試上已經不是第一次。而同期運行的還有日本的 T2K 嘗試，固然他們不是反映堆中微子嘗試而是加快器中微子嘗試，但無論是經驗仍是人才步隊上都遠勝于我們。

這種前提下，大部門人都感覺大亞灣會是個花錢陪跑的項目吧……

同期運行，同期競爭，拼的就是速度和精度，誰更快拿出更好的成果，誰就能在這一范疇頒布發表國際一流的地位。

嘗試物理有很多哪怕是同偏向的理論物理學家也想象不到的、聽上去不成能完當作的使命。

提一件我有印象的工作，就是曹俊學長在博客里說：宿世界上沒有“完全清潔”的容器。

大亞灣嘗試，需要在一個超大的“罐子”里裝上液體閃灼體，然后泡在純水的情況里。有一點點工業常識的人都知道，“罐子”是會析出雜質污染水體的，這些析出固然微乎其微，以至于在理論計較里我們幾乎不會去考慮，但嘗試不成能不存眷這個問題——任何一點雜質，都可能影響我們的測量成果，這就是切確測量的殘酷與挑戰。

我們的高能嘗試物理學家們，要挨個檢測分歧廠家的材料析出，然后把這些雜質對嘗試成果的影響也考慮進去，最后還要達到 0.008 的精度。

此外，大亞灣所用的光電倍增管（PMT）都是日本濱松的管子，在此之前，PMT 財產根基就是由日本濱松公司壟斷的；到了后來的 JUNO，我們要求更高了，要的管子很是“超常規”，沒法子，只好委托海說神聊方夜視自立研發，于是就有了神乎其技的 20 英寸的超大 PMT……曾經曹俊學長的微博頭像就是他抱著那超大 PMT 的靚照哦（。

個中艱辛，大要只有介入此中的人們能知道吧……

這事兒除了拼實力，有的時辰，也拼天時地利。為什么這么說呢？日本的 T2K，其實做得真的很好，是我們強有力的競爭敵手，上得還比我們早，2010 年的時辰，我們還沒把探測器安裝好呢他們已經起頭取數了。可惜飛來橫鍋，2011 年 3 月，日本大地動，把他們加快器震壞了……

萬般無奈之下，T2K 把之前的數據頒發了出來。

不發沒關系，一發，大師經由過程這個數據很稱心識到了一個事兒： $\theta_{13}$

這只是個跡象，誰都不敢說必然是，而在 2011 年這個時辰，已經是各個嘗試組進行最后沖刺的最焦灼的階段了，一天都遲誤不起，遲誤一天，別的兩家隨時可能率先取數進行測量，摘走初次測量的桂冠。

高能所做了一個很斗膽、很有氣概氣派、若是判定掉誤導致掉敗大要會被掛墻頭掛到死（……）的決議：

有兩個探測器，我們不下了。

原本打算中應該放下去的 8 個探測器，只放 6 個，立即起頭取數！

當然，這六個怎么放，近點放幾多個遠點放幾多個，都可能會影響成果，就“怎么放”這一條，高能嘗試物理學家們在最短的時候內拿出了最好的方案：嶺澳近點和遠點各撤下一個。

據我一昔時加入過 DYB 的師兄說，那個時辰從上到下從老板到學生全都是連軸轉，大老板都拼了命了你必定也牟足了勁兒干啊！

2012 年 3 月 8 日，大亞灣中微子嘗試合作組頒布發表? $sin^2(2\theta_{13}) = 0.092 \pm 0.016\pm 0.005$

僅僅三個禮拜后，韓國 RENO 嘗試組頒布發表了他們的成果： $sin^2(2\theta_{13})=0.113±0.013±0.019$

越來歲，Double Chooz 組拿出告終果： $sin^2(2\theta_{13})=0.097±0.034±0.034$

之后我們把那倆剩下的探測器也放下去了，并在 2015 年更持久的測量后拿出告終果： $sin^2 (2\theta_{13}) = 0.084 ± 0.005$

經此一役，中國在國際中微子物理研究上站到了當之無愧的一流地位。培育出的人才步隊、搞出來的手藝、堆集下來的數據和經驗，都將作為中國中微子嘗試的基石，在往后的嘗試——不管是 JUNO、是錦屏，仍是將來的 MOMENT 之中，都將是一筆貴重的財富。

薛動諤的喵，生命以負熵為食

電力系統（對應學科：電氣工程及其主動化）

中國當前的電力系統無論是整體（注重，是整體，或者說強電這一部門）的理論研究仍是發電量及供電程度都跨越了宿世界上絕大大都曾經領先抑或是碾壓我們的發財國度。

中國有著宿世界上最豪侈、最豪華的電力系統（電網）。

宿世界列國發電量轉變統計

中國的發電量于 2011 年首超美國，當作為宿世界上發電總量最多的國度，并一向連結著這一地位。一般認為，一個國度的發電量（用電量）與其經濟成長程度當作顯著的正相關。

國度電網也是以榮登宿世界五百強企業中的第二位的寶座。

可是，需要聲明，電氣工程（EE）是一個很是復雜的范疇，我國固然整體上跨越了絕大大都國度，可是具體到諸如弱電等范疇，仍是比力虧弱的。電力相關的制造業還有待進一步增強。

Confront，你見過萬金油嗎？你此刻見過了

金風的采用永磁低速同步發電機的直驅風力機。

應該是我們國度比力進步前輩的手藝之一了。風電行業存在了 100 多年，大部門國度的手藝還逗留在雙饋風機和早期的心猿意馬漿心猿意馬速風機上。本人屬于甲方和金風無關，我們現場也沒有金風的設備……

而金風研究的是直驅風機，這種風機啟動風速低所以發電量更好，應該是 1 米擺布啟動，同 2mw 的雙饋起碼得 3 米擺布才能啟動；沒有齒輪箱羈絆靠得住性更高，少了這么大的冷卻系統，少了高速軸和齒輪箱軸承和聯軸器還有齒輪油且維護當作本低，一臺 2mw 能節約 400L 油。最主要的是這種風機很清潔，除了固態油脂和液壓油外，沒有大量的齒輪油，所以不會像雙饋一樣輕易漏油污染情況。

獨一的錯誤謬誤可能就是貴了。

今朝直驅廠家很少，國外的目測就一家。我國的金風裝機量排名宿世界第三，算是全球最好的直驅風機了。直驅的難點應該是它的電控和平安系統。干過風電的筒子都知道齒輪箱在大風的時辰可以庇護發電機，負氣象故障脫網的風機不會飛車，并且我們正常理解重量大的輪轂會讓塔筒掉去均衡，所以光看外表我就感覺金風很神奇，等我有機遇必然好好研究研究。仿佛今朝良多聞名的大廠都解決不了直驅的平安問題，這也是為什么大師很少研究直驅的原因吧。聽修過這種機型的教員傅說這種風機變頻器在塔筒里面，機艙空的恐怖，機械故障根基沒有，電控故障還賊好修……

我國從一起頭立項接管外國幫助的裁減心猿意馬漿試驗機(包羅但不限于維斯塔斯、麥康、蘇思蘭、諾爾坦克、讓得、nordex 鬧蛋刻斯)，到輸出風機到國外成長，再到此刻的領先宿世界。在國內新能源也在不竭打壓這傳統火電，我感覺這就是國度的前進。剛聽某本家兒機廠員工說，金風已經把中國的陸地風機占領完了……

從掉隊收破爛，到能改變宿世界，應該是翻盤了吧。

趙東東，高能物理PhD

我提一個即將翻盤的：重離子治療

篤心猿意馬會翻盤的原因：

有能力
有市場

大師在談到癌癥的時辰，少不得漫談及放療。然而大部門人眼中的放療，依然是伽馬光放射治療，也就是傳統放療。其實現在較為進步前輩的放療，是質子治療。質子治療比擬于伽馬光治療，在高劑量時確實有副感化小的優勢。這也是為什么，在治療有主要器官環繞的腫瘤時，質子治療會有較大的優勝性。至于為什么在高劑量時，副感化小，大師可以參考我的另一篇回覆：

今朝的對撞機也被用來治療癌癥嗎

截止 2017 年四月，全球共有 74 家質子治療設備，而我國的設備并不多，且需要從國外進口。按照搜刮所獲得的信息，深圳即將引進比利時 IBA 公司的質子治療設備，報價為 9000 萬歐元，折合人平易近幣約 7 個億^[1]。要知道，我國最新的同步輻射裝配，上海光源，投資也就 12 個億。可以想見，這個市場是何等的暴利。若是我國可以或許進軍這一范疇，想必又會給“中國是發財國度破壞機”的傳說風聞，增添一個例證。

那我要說的是在質子治療上翻盤嗎？并不，國外質子治療設備的設計建造已經半斤八兩當作熟，在這一范疇上實現超越，無論是時候仍是當作本節制，都已經半斤八兩艱難。我要說的是“碳離子治療”（Carbon Ion Radiotherapy），我們先看看它和兩個“前輩”的性質^[2]：

上圖中，洋紅色的數據線，是碳離子在水中的輻射性質。可以看到，碳離子治療不止有著比質子治療更優良的“布拉格峰”特征，與此同時，其在水中的橫標的目的發散更是比質子治療還要小良多。也正因如斯，碳離子治療可以認為是治療深層腫瘤更好的方案。今朝從事碳離子治療方面研究的國內科研單元有良多，且我國是少數幾個起頭了這方面研究的國度^[3]。

我曾經接觸過在美工作的 IBA 中國員工，他熟悉的良多做加快器的，都已經回國成長了。因為將來我國這方面的“市場”和“需求”，城市擴大。究竟結果，跟著我國生齒老齡化日益嚴重，患癌生齒在全國的比例也會急劇增加 (見上圖^[4])。所以，這方面的翻盤，并不是為了延續我國“發財國度破壞機”的稱號，而是實打實地為了我國人平易近的身體健康而辦事的。

評論區有知友暗示上海打包進口了德國西門子的碳離子設備，質疑是否有能力彎道超車。確實，2014 年時，我國的自立化常識產權的重離子治療設備還未就位，所以此時上海的質子重離子病院，簡直進口的是國外設備。

可是，早在 2008 年^[5]，我國就操縱新建當作的蘭州重離子加快器冷卻儲存環，建當作了治療深部腫瘤的治療終端，并完當作了束流測試和首批細胞及動物嘗試。在之后的幾年中，也同樣進行了臨床試驗治療。2018 年 5 月，甘肅龍威啟動了具有完全常識產權的重離子治療系統，并與本年 3 月份^[6]圓滿完當作了這一系統的臨床試驗治療。關于甘肅武威這套設備的設計開辟，可以參考 2015 年時就已播出的《科學重器：重粒子加快器》。我截選了相關的段落，貼鄙人方。

重離子加快器