印度政府擬建有史以來最昂貴的基礎科學設備

　　 37年前，Naba Mondal開始了自己的職業生涯——在印度南部的一座金礦中捕捉一種“神出鬼沒”的，名為中微子的亞原子粒子。現在，作為孟買塔塔基礎研究院（TIFR）的一名物理學家，Mondal希望回到地下，解答中微子物理學的下一個重大問題。

　　近日，印度中央政府批準了建造印度中微子天文臺（INO）的計劃，這個耗資2.44億美元、長達1200米的設備將位于印度南部的一座山脈下方。它的目標——確定3種中微子中哪種是最重的以及哪種是最輕的，可能看似晦澀，但卻能幫助物理學上的其他基礎問題，例如中微子是如何獲得質量的、他們是否是自己的反粒子，以及為何宇宙中的物質遠多于反物質。

　　INO將與其他國家的新設備展開中微子質量層面的角逐。“印度不會輸掉這場競賽。”西班牙坎弗蘭克地下實驗室研究人員Alessandro Bettini說。但INO是在與環境關注、無根據的輻射恐懼和官僚阻礙進行了數年戰爭后，才“姍姍來遲”。

　　即便功虧一簣，作為印度有史以來最昂貴的基礎科學設備，INO仍將對該國的科學家產生深遠影響。INO計劃于2020年開始運轉，它將成為印度粒子物理學家回歸的契機，在過去25年里，他們中的許多人分散在世界各地。而且，INO團隊還計劃推動該設備超越中微子學，延伸到其他領域，例如尋找暗物質。該國科學和技術部部長K. VijayRaghavan 表示，INO將“改變印度物理學現狀，并將帶來全球影響”。

　　中微子產生自恒星、核反應堆和粒子加速器，以及宇宙射線撞進上層大氣中時。它們僅通過弱作用力與其他物質相互作用，因此難以被探測到。而且，由于宇宙射線會在地球表面湮滅中微子信號，因此物理學家不得不在地下研究這種粒子——它們能悄悄穿過數千米的堅硬巖石。

　　印度曾經處于中微子研究的前沿。1964年，一個TIFR團隊在該國南部的科拉爾金礦區的一個礦井中首次發現了在大氣層中產生的中微子。1992年，該礦井關閉，印度高能物理學家開始在海外尋找研究“天堂”，例如美國費米國家加速器實驗室和歐洲核子研究中心。

　　但Mondal和其他遠赴海外的同事決定回歸祖國。他表示，2001年前后，“我們就開始考慮在哪里將能產生影響”。他們選擇回到印度，建設科拉爾探測器的超大型版本：一個鐵制熱量計，它能探測一種名為μ介子的帶電粒子。當μ中微子（3種中微子之一）與鐵原子核糾纏在一起就產生了這種粒子。

　　如果能足夠精確地計算大氣層中產生的μ中微子，INO物理學家將能確定這種中微子的質量等級。在經歷了一個名為中微子振蕩的過程后，中微子能從一種類型變為另一種類型，而這一過程取決于它們的質量差別。從此類振蕩中，物理學家了解到兩種中微子的質量接近，而另一種則存在明顯不同，但他們不清楚是否是兩個重中微子和一個輕中微子，還是正好相反。通過對比μ中微子和μ反中微子的變形，INO物理學家希望能找到答案。

　　但這可能需要一個非常大的探測器。5萬噸重、48米長，INO的熱量計將是在建的最大規模的此類設備。夾在140塊鐵板之間的3萬多個薄玻璃電阻板室，將能探測μ介子，并測量它們的特性。由于過于龐大，目前現有礦井無法容納，因此該設備需要一個量身打造的洞穴。

　　印度地質調查局建議INO團隊勘探泰米爾納德邦的一處花崗巖山脈。但當地的森林官員反對該提議，因為這座山脈位于一個老虎保護區的邊緣。在經歷了漫長的僵持后，INO團隊于2009年“鎩羽而歸”，該地質調查局又為他們建議了現在的這個位置，同樣位于泰米爾納德邦。他們再次遇到當地的激烈反對。

　　村民擔心INO將會產生“人造中微子”，其放射性會使人和牲畜患病。Mondal提到，然后有謠言表示，政府將在INO傾倒核廢料。他的團隊開展了一系列宣傳活動，并將目標設定在當地的教授和高校學生身上。“如果能將概念傳達給學生，他們就能跟父母交流。”他說。而科學家也能嘗到甜頭：設施員工將主要在當地雇傭。

　　Mondal團隊最初希望INO能在2012年建成投產。8年的延遲為其他致力于中微子質量研究的設備敞開了大門，例如中國的江門地下中微子觀測臺和美國—日本的NOνA實驗。但無論發生什么，Mondal堅持，印度將會取得勝利：“一個大型科學項目將激勵年輕人熱愛科學。”