圖片來源:《三體》電視劇截圖
“對撞機居然是實景”“細節(jié)太用心”“被震撼了”近日,《三體》電視劇版熱播,劇中楊冬進行粒子實驗的良湘加速器,其龐大的裝置、硬科幻的布景引起了熱議。有媒體求證中國科學(xué)院高能物理研究所,劇中的場景正是在我國第一臺大科學(xué)裝置——北京正負電子對撞機(BEPC)國家實驗室取景。
(資料圖片)
有細心的網(wǎng)友發(fā)現(xiàn),在片尾字幕處,制片方鳴謝的科學(xué)顧問中,有中國科學(xué)院高能物理研究所、國家納米中心、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等科研機構(gòu),還有一大批教授學(xué)者的名字。這個龐大的科學(xué)顧問團隊,究竟給《三體》帶來了怎樣的支持?國內(nèi)首個大科學(xué)裝置亮相電視劇,又有何意義?天目新聞專訪了其中一位科學(xué)顧問,粒子物理研究學(xué)者、中國科學(xué)院大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院副教授劉倩。
硬科幻之美怎么做出來的?
細節(jié)精確到一個實驗信號
“細節(jié)拉滿”“誠意十足”,這是網(wǎng)友們對劇中一幕的高度評價。在《三體》電視劇中,粒子物理學(xué)家楊冬在BEPC加速器儲存環(huán)進行檢查,并在北京譜儀(BES)值班大廳進行取數(shù),真實展示了這一大科學(xué)裝置的工作場景和工作流程。
圖片來源:中科院高能物理所
“這一細節(jié)處理的初衷是,我們希望做一些經(jīng)得起推敲的硬科幻,用真實的科學(xué)裝置,通過鏡頭語言展現(xiàn)出科技之美。所以大家在劇中看到了一個非常漂亮的合成鏡頭,人站在大型機器前顯得很渺小,但又凌駕在整個對撞機之上,有一種萬物主宰的感覺,這種沖突與對比令人印象深刻?!眲①徽f。
當(dāng)初,三體的劇組找上劉倩,他立刻想到了中科院高能物理研究所的BEPC,建議對方去實地拍攝。北京正負電子對撞機BEPC及其實驗裝置北京譜儀BES是我國最大的基礎(chǔ)科學(xué)實驗研究設(shè)備之一。BEPC于1988年建成,是我國唯一的一臺高能粒子對撞機,它是科技自立自強的典范,也展現(xiàn)了我國的科研實力,堅定了科技創(chuàng)新的自信。
簡單來說,BEPC負責(zé)把正負電子加速到接近光速,讓電子以非常高的速度“奔跑”。那么這一幕該如何展現(xiàn)?在《三體》劇里,劉倩給了一個建議,通過CG動畫去展現(xiàn)這加速和對撞的過程。對撞會產(chǎn)生一系列新的末態(tài)產(chǎn)物,通過研究這些末態(tài)產(chǎn)物,科學(xué)家來研究亞原子尺度的物質(zhì)結(jié)構(gòu),理解基本粒子間的相互作用。
從電視劇上看,還有一個特別用心的細節(jié)。楊冬在良湘加速器的實驗室值班,畫面上出現(xiàn)了粒子對撞實時事例顯示圖,這就是北京譜儀BES探測器上的觀測畫面。
圖片來源:《三體》電視劇截圖
“我們?nèi)庋蹮o法看見微觀粒子對撞,必須要用借助外部儀器去觀測。按照《三體》劇中的設(shè)定,楊冬所觀測的實驗結(jié)果必須很反常,而且可以快速出結(jié)果。為此,我們特意選擇了一個J/psi粒子輕子味道破缺的稀有物理衰變過程,利用模擬軟件生成了一系列粒子對撞的事例。”劉倩介紹。
在劇中,大家看到大屏幕上不?;蝿拥膱D像,就是北京譜儀BES實時取數(shù)時會看到的探測器圖像?!傲W游锢韺W(xué)家一眼就能看出來,這是末態(tài)為電子和繆子的輕子味道破缺物理過程。這在標(biāo)準(zhǔn)模型里是一個發(fā)生概率非常小的過程,但實驗卻觀測到了反常的巨大信號,意味著劇中的物理研究出現(xiàn)了問題。”劉倩說。
有趣的是,《三體》原著中并沒有這一細節(jié),而劉倩填補了一塊物理上的“空缺”?!霸袥]有說楊冬具體在計算和研究什么物理過程,為了讓楊冬的行為更合理,我們必須要賦予一定的實際物理事實作為支撐?!?/p>
在劉慈欣的小說里,邏輯是自洽的,但為了讓它更貼近真實,所以劉倩精心挑選了一個在北京譜儀研究范疇內(nèi)、但當(dāng)前實驗數(shù)據(jù)中不太可能觀測到的反常結(jié)果的一個物理過程。“我們想盡可能把科幻電視劇做的扎實一點,才能經(jīng)得起推敲?!笔聦嵣希珺ES于2022年年底發(fā)表了這一物理過程最新的測量結(jié)果,在約100億個J/psi粒子的衰變中并沒有發(fā)現(xiàn)任何信號的跡象。劇中表現(xiàn)的很大的信號與現(xiàn)實相比是個巨大的反常。
科學(xué)顧問工作也需要靠團隊的力量來完成。雖然沒有出現(xiàn)在《三體》片尾的顧問名單中,中國科學(xué)院大學(xué)呂曉睿、吳佳俊、孫雅文和郭奉坤四位老師,以及侯穎銳博士都對此做出了貢獻。
圖片來源:《三體》電視劇截圖
圖片來源:中科院高能物理所
從《三體》回到現(xiàn)實世界
粒子物理為何重要?
這次掀起的“三體熱”背后,也激發(fā)了大眾對基礎(chǔ)科學(xué)的好奇?!度w》中花了非常多的篇幅,介紹科學(xué)家對粒子物理和天體物理的研究,這兩個學(xué)科恰恰是人類在突破極限的兩大方向。
在劉倩看來,天體物理和粒子物理是相輔相成的存在?!拔覀兪鞘裁?,我們從哪來,我們到哪去”,人類帶著對這三個問題的好奇心,驅(qū)使我們往內(nèi)看,看到物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相互作用,同時驅(qū)使我們向外看,看天體的運動和宇宙的演化。
“粒子物理研究是人類實現(xiàn)突破性技術(shù)變革的原動力。三體中是這么寫的,現(xiàn)實生活中也確實是這樣,粒子物理作為一門基礎(chǔ)學(xué)科,它是一個科學(xué)創(chuàng)新的發(fā)動機?!眲①唤榻B。
回到現(xiàn)實世界,粒子物理是當(dāng)前科學(xué)的最前沿,也是技術(shù)的最前沿。粒子物理已取得了輝煌的成就,有1/3的諾貝爾獎與之有關(guān),它也為其他學(xué)科,包括化學(xué)材料、生命醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域提供基礎(chǔ)技術(shù),但仍有很多基本問題等待解答。
可以說,BEPC的建立開啟了中國粒子物理研究的新篇章。時至今日,我國不僅在加速器物理方面取得了豐碩成果,在非加速器物理方面,如大亞灣中微子實驗,錦屏地下實驗室的PANDAX與CDEX項目,“慧眼”硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星,“悟空”號暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星,高海拔宇宙線觀測站等,同樣也取得了舉世矚目的物理成果。
而在技術(shù)應(yīng)用層面,我國在粒子探測器研制的多個領(lǐng)域也達到了國際領(lǐng)先,如微結(jié)構(gòu)氣體探測器MPGD達到國際先進水平,窄氣隙阻性板探測器RPC在多個國際大型實驗上得到應(yīng)用等。目前粒子探測領(lǐng)域正在大力發(fā)展硅探測器,這一技術(shù)的研制成功必將推動一系列高新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
“作為一名研究基礎(chǔ)學(xué)科的高校教師,我在科研實踐中深刻感受到培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的迫切性。只有創(chuàng)新的工作才能培養(yǎng)出創(chuàng)新性人才。在中國科學(xué)院大學(xué)與科學(xué)院各研究所的科教融合模式之下,我們得以將本科教學(xué)與科研實踐緊密結(jié)合來培養(yǎng)人才?!眲①徽f。
值得一提的是,每年5月份高能物理研究所都會舉辦公眾開放日,高校的很多學(xué)生會去參觀大科學(xué)實驗裝置?!爱?dāng)時三體一播出來,看到熟悉的裝置,同學(xué)們都非常興奮。通過這種大IP影視化展現(xiàn),他們換了一個角度審視學(xué)習(xí)工作環(huán)境,也能激發(fā)學(xué)習(xí)熱情?!眲①槐硎尽?/p>
雖然在上個世紀(jì),中國缺席了粒子物理的大部分重要發(fā)現(xiàn),但經(jīng)過中國粒子物理科學(xué)家們的努力,已經(jīng)將中國的粒子物理發(fā)展至前所未有的水平。隨著國力的發(fā)展,下一代的大科學(xué)裝置正在設(shè)計建設(shè)或預(yù)制研究中。“作為青年科研人員,我們也會接好這一基礎(chǔ)研究的接力棒,實現(xiàn)高水平科技的自立自強?!眲①徽f。
標(biāo)簽: 物理過程 物理研究所 中國科學(xué)院大學(xué)