圖片來源：《三體》電視劇截圖

“對撞機(jī)居然是實(shí)景”“細(xì)節(jié)太用心”“被震撼了”近日，《三體》電視劇版熱播，劇中楊冬進(jìn)行粒子實(shí)驗(yàn)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(fù)電子對撞機(jī)（BEPC）國家實(shí)驗(yàn)室取景。

(資料圖片)

有細(xì)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(jī)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(tuán)隊(duì)，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(xì)節(jié)精確到一個實(shí)驗(yàn)信號

“細(xì)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(jìn)行檢查，并在北京譜儀（BES）值班大廳進(jìn)行取數(shù)，真實(shí)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(xì)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(shí)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(jī)器前顯得很渺小，但又凌駕在整個對撞機(jī)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(shí)地拍攝。北京正負(fù)電子對撞機(jī)BEPC及其實(shí)驗(yàn)裝置北京譜儀BES是我國最大的基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jī)，它是科技自立自強(qiáng)的典范，也展現(xiàn)了我國的科研實(shí)力，堅定了科技創(chuàng)新的自信。

簡單來說，BEPC負(fù)責(zé)把正負(fù)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(xì)節(jié)。楊冬在良湘加速器的實(shí)驗(yàn)室值班，畫面上出現(xiàn)了粒子對撞實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)時取數(shù)時會看到的探測器圖像。“粒子物理學(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(shí)驗(yàn)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(xì)節(jié)，而劉倩填補(bǔ)了一塊物理上的“空缺”。“原著中沒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(shí)際物理事實(shí)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(shí)，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(shí)驗(yàn)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?！拔覀兿氡M可能把科幻電視劇做的扎實(shí)一點(diǎn)，才能經(jīng)得起推敲?！笔聦?shí)上，BES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(shí)相比是個巨大的反常。

科學(xué)顧問工作也需要靠團(tuán)隊(duì)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(xiàn)。

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(shí)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(yùn)動和宇宙的演化。

“粒子物理研究是人類實(shí)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(shí)生活中也確實(shí)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(jī)?！眲①唤榻B。

回到現(xiàn)實(shí)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(shí)驗(yàn)，錦屏地下實(shí)驗(yàn)室的PANDAX與CDEX項(xiàng)目，“慧眼”硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)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(dá)到了國際領(lǐng)先，如微結(jié)構(gòu)氣體探測器MPGD達(dá)到國際先進(jìn)水平，窄氣隙阻性板探測器RPC在多個國際大型實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)裝置。“當(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?。

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?！白鳛榍嗄昕蒲腥藛T，我們也會接好這一基礎(chǔ)研究的接力棒，實(shí)現(xiàn)高水平科技的自立自強(qiáng)?！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)