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在中国南方的一个地下深处的洞穴中,科学家们正在紧张地对一个重达 600 吨的球体进行最后的修整,这个球体可能解开宇宙的最大谜团。
数十名工人系着安全带和绳索,分散在这个 12 层高的钢板丙烯酸球表面。铆钉和钻孔的噪音在地下室里回荡。
这个超凡脱俗的球体是江门地下中微子观测站的核心,该观测站耗资 3 亿美元,旨在探测以接近光速传播的亚原子粒子(即中微子)。通过研究中微子的质量,科学家希望对宇宙大爆炸以及宇宙膨胀速度有新的认识。
经过大约 10 年的建设,朱诺号将于 2025 年 8 月开始收集数据,这将使中国在全球绘制所谓幽灵粒子图谱的竞赛中处于领先地位。这些粒子几乎没有质量和电荷,每秒有数十亿个穿过人体。日本的超级神冈天文台预计要到 2027 年才会开始收集数据,而美国的深层地下中微子实验预计将在 2030 年代启动。
随着中美两国科技竞争日趋激烈,江门诺号实验证明了中国作为科学超级大国的地位日益提高。
“在科学上,第一是最重要的,”该项目负责人、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳说。“第二不算什么。”
这座地下实验室位于广东省开平市,乘坐缆车沿着陡峭的隧道下行 15 分钟即可到达。该球体位于地表以下约 700 米(2,300 英尺),因此岩石层可以阻挡宇宙射线干扰实验。朱诺号的主要作用是探测和测量 53 公里外两座核电站发射的反应堆中微子。该设施还将观测来自太阳的太阳中微子、来自地球内部的地中微子以及地球表面上产生的大气中微子。
空心球体由钢架固定在一个44米深的圆柱形水箱中心,并将浸入水中。然后将向其中注入2万吨液体闪烁体——这种材料能将各种高能辐射转换成光,中微子穿过时会闪烁。
科学家希望更多地了解中微子的质量,以及它们在振荡过程中如何改变身份。这反过来可以揭示有关物质性质和宇宙演化的更多细节。
江门中微子实验站以距深圳约45公里的大亚湾反应堆中微子实验站为基础,该实验站于2011年底开始收集数据,并于2012年发现一种新型中微子振荡。这是中美之间规模最大的基础研究合作。
来自法国、意大利、俄罗斯和德国等近 20 个国家和地区的 74 个机构的 700 多名科学家参与了 JUNO 项目。然而,由于两国之间日益紧张的关系破坏了合作,美国的参与程度大大低于 Daya 实验。美国学者和研究人员仍在参与,但王说美国能源部已经削减了资金。美国能源部没有回应通过电子邮件发来的置评请求。
在 10 月份的媒体巡演中,研究人员对基础科学被政治化表示遗憾。朱诺号团队的一名成员带领记者参观洞穴,警告他们不要触碰从花岗岩壁上漏出的水,他说,要想让这类实验取得成功,他们需要得到包括美国在内的世界各地其他科学家的认可。
一些科学家表示,他们不再能够自由旅行去会见美国同行;王先生说,他的签证申请已经两次被拒签。美国曾愿意与中国分享其研究成果,部分原因是美国在科学和技术上占据主导地位。1979 年,随着中国向世界开放,两国签署了《科学技术合作协定》,为 40 多年的合作铺平了道路。奥巴马政府时期,两国合作达到顶峰,成立了中美清洁能源研究中心,为气候合作奠定了基础。1979 年的协议于 8 月底到期。
中美在科技领域的竞争日益激烈,研究表明,两国的合作水平正在下降。
为施普林格·自然撰写有关中国和科学文章的雅各布·德雷尔 (Jacob Dreyer)表示,拜登政府限制中国在半导体和人工智能发展方面的努力,让北京“产生了最需要的东西——一种心理意识,即如果中国搞不清楚,就会被欺负”。
他说:“激烈的竞争是推动创新的强大力量。”
中国领导人敦促国家加快基础科学研究,以便在关键技术上实现自力更生。这位曾在著名学府清华大学学习化学工程的主席认为,在房地产和国内消费等其他支柱经济衰退之际,科学将成为未来经济增长的驱动力。
中国尤其在量子技术领域投入巨资。麦肯锡公司在2022 年的一份报告中表示,中国已承诺投入 153 亿美元公共资金用于量子计算,是欧盟政府的两倍多,是美国承诺支出的八倍。中国共产党去年成立了中央科学技术委员会,以更好地协调政府政策。
美国自己的科学技术行动委员会认为,除非联邦政府在未来五年内将研发和 STEM 教育的支出相对于 GDP 至少增加一倍,否则中国将超越美国成为世界科学、技术和创新领域的领导者。在一份 2023 年报告中,由 25 名学术、非营利组织和企业领导人组成的小组表示,中国是一个“坚定而强大”的竞争对手。
该委员会称,2000 年至 2019 年间,中国在全球研发支出中的份额从 5% 上升至 22%,而美国则从 37% 降至 27%。报告称,2020 年,中国发表的同行评议论文数量比美国多 38%。到 2025 年,中国每年 STEM 学科的博士毕业生数量将几乎是美国的两倍。
俄勒冈大学名誉教授理查德·萨特迈尔从科技的角度研究中美关系,他表示,中国正在迅速发展,朱诺号实验装置证明了中国的基础科学意识。
“合作的减少在很多方面对科学来说都是双输的结果,”萨特迈尔说。“找到一个双方都能接受的合作方案是一个棘手的问题,只要政治分歧和地缘政治竞争持续存在,这个问题就会一直存在。”
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