2018年3月，俄羅斯杜布納聯(lián)合核研究所（Joint Institute for Nuclear Research of Dubna）公布了2017年度的Pontecorvo Prize評(píng)選結(jié)果：意大利理論物理學(xué)家Gialuigi Fogli和Eligio Lisi獲獎(jiǎng)，以表彰他們開(kāi)創(chuàng)性地發(fā)展了中微子振蕩實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整體擬合（global fit）技術(shù)，并在直接測(cè)量得以實(shí)現(xiàn)之前初步預(yù)言了最小的中微子混合角theta(13)的大小。
Fogli和Lisi帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)從1990年代初就開(kāi)始嘗試將當(dāng)時(shí)的各種中微子振蕩實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合在一起進(jìn)行系統(tǒng)地分析，目的在于提取相關(guān)的振蕩參數(shù)，即中微子質(zhì)量平方差和混合角。由于那時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相當(dāng)粗糙，可謂魚(yú)龍混雜，因此他們的分析也在標(biāo)準(zhǔn)三代中微子的框架內(nèi)做了一些簡(jiǎn)化和近似，比如假設(shè)最小的中微子混合角為零，以及CP對(duì)稱性守恒。盡管當(dāng)時(shí)獨(dú)立分析太陽(yáng)中微子實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的課題組有好幾家，但Fogli和Lisi團(tuán)隊(duì)是第一家把太陽(yáng)中微子、大氣中微子以及短基線反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整合起來(lái)做擬合分析的。
眾所周知，中微子振蕩實(shí)驗(yàn)的歷史轉(zhuǎn)折點(diǎn)是1998年夏天公布的日本超級(jí)神岡實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該實(shí)驗(yàn)一方面以模型無(wú)關(guān)的方式確認(rèn)了大氣中微子振蕩的存在以及確定了相應(yīng)的大混合角，另一方面也表明太陽(yáng)中微子失蹤之謎的答案應(yīng)該也是大混合角的振蕩行為（但無(wú)法判斷是真空振蕩還是物質(zhì)效應(yīng)為主的振蕩）。幾年后的加拿大SNO實(shí)驗(yàn)和日本KamLAND實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了B-8太陽(yáng)中微子的“味”轉(zhuǎn)化是由大角真空混合與物質(zhì)效應(yīng)所導(dǎo)致的。
到了2003年前后，全世界的中微子物理學(xué)家都將目光投向了當(dāng)時(shí)尚未可知的第三個(gè)中微子混合角theta(13)，于是新一代的反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)也應(yīng)運(yùn)而生，其中包括中國(guó)的大亞灣實(shí)驗(yàn)、韓國(guó)的RENO實(shí)驗(yàn)和法國(guó)的Double Chooz實(shí)驗(yàn)。問(wèn)題的關(guān)鍵在于，theta(13)角到底有多大，才可能被這一輪反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)探測(cè)到？以中美科學(xué)家為主體的大亞灣國(guó)際合作組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)精度達(dá)到了對(duì)theta(13) = 3° 敏感的歷史性精度，但理論物理學(xué)家對(duì)此卻沒(méi)有令人信服的預(yù)言。
2008年4月中旬，在中微子學(xué)界頗有名氣的威尼斯會(huì)議召開(kāi)，F(xiàn)ogli教授應(yīng)邀作了關(guān)于中微子振蕩實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整體擬合的報(bào)告，而我本人也恰好是本次會(huì)議的邀請(qǐng)報(bào)告人，當(dāng)場(chǎng)聆聽(tīng)了他的演講。Fogli在他的報(bào)告中指出，他們的最新擬合結(jié)果表明，theta(13)在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差的置信度下不等于零，其中心值約為7.3°。我對(duì)這個(gè)結(jié)果很感興趣，立即問(wèn)也坐在聽(tīng)眾席的Lisi教授：這樣的初步分析結(jié)果值不值得當(dāng)真？他笑了，說(shuō)畢竟只有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差，但誰(shuí)知道呢！
威尼斯會(huì)議結(jié)束之后，我馬上撰寫(xiě)了一篇短文，提出了一種新的中微子混合模式，大膽地預(yù)言theta(13)混合角的數(shù)值約為8.4°，然后將論文投給了美國(guó)物理學(xué)會(huì)主辦的《物理評(píng)論D》期刊。不久這篇短文就在該期刊的通訊（Rapid Communication）欄目發(fā)表了，盡管我所做的預(yù)言是一種純粹唯象學(xué)意義上的推測(cè)，但它卻反映了我當(dāng)時(shí)的基本態(tài)度：既然沒(méi)有任何強(qiáng)有力的理論理由表明theta(13)等于零，那么它也許不應(yīng)該太小。
2008年6月，F(xiàn)ogli和Lisi課題組將他們?cè)谕崴箷?huì)議上報(bào)告的分析結(jié)果正式整理成文，題目是“Hints of theta(13)>0 from global neutrino data analysis”（中微子實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整體分析所給出的關(guān)于theta(13)>0的跡象）。該論文發(fā)表在10月初的《物理評(píng)論快報(bào)》上，至今已經(jīng)被引用300余次。
2008年7月底至8月初，國(guó)際高能物理學(xué)界的盛會(huì)ICHEP2008在美國(guó)費(fèi)城召開(kāi)，我應(yīng)邀作了關(guān)于中微子理論的大會(huì)綜述報(bào)告，并在報(bào)告中強(qiáng)調(diào)了Fogli和Lisi團(tuán)隊(duì)的整體擬合結(jié)果，見(jiàn)上圖。我隨后在演講中又自問(wèn)了兩個(gè)重要問(wèn)題：
----“What is the value of theta(13)？It must be small。But how small is small？”（theta(13)的數(shù)值是多少？它一定很小，但多小才算小呢？）
----“Reactor and accelerator neutrino oscillation experiments can answer，but can they answer before a global fit yields a definite prediction？”（基于反應(yīng)堆和加速器的中微子振蕩實(shí)驗(yàn)可以回答這個(gè)問(wèn)題，但是它們能在整體擬合分析做出確定預(yù)言之前回答嗎？）
然后我進(jìn)一步舉例指出，1995年以前針對(duì)各種電弱精確測(cè)量結(jié)果的整體擬合就預(yù)言了頂夸克的質(zhì)量大致在175 GeV附近，結(jié)果美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室后來(lái)的直接測(cè)量證實(shí)了這一點(diǎn)。所以，我們也必須認(rèn)真對(duì)待有關(guān)中微子振蕩實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整體擬合分析所給出的暗示。
2011年秋天，F(xiàn)ogli和Lisi團(tuán)隊(duì)在《物理評(píng)論D》期刊上重新發(fā)表了一篇論文，題目與2008年的文章題目只有一字之差：“hints”（跡象）換成了“evidence”（證據(jù)），置信度由當(dāng)初的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差提高到三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差左右。他們之所以得到這樣的結(jié)果，是因?yàn)榭紤]了當(dāng)時(shí)的日本T2K實(shí)驗(yàn)和美國(guó)MINOS實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，這兩個(gè)基于加速器的中微子振蕩實(shí)驗(yàn)都暗示了最小的中微子混合角theta(13)很可能沒(méi)有很多人想象的那么小。
一錘定音的時(shí)刻終于在2012年3月8日來(lái)臨。這一天，大亞灣國(guó)際合作組的中方發(fā)言人王貽芳教授向全世界宣布，大亞灣實(shí)驗(yàn)以5.2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差的置信度發(fā)現(xiàn)了短基線反應(yīng)堆中微子振蕩現(xiàn)象，并令人信服地測(cè)得最小中微子混合角theta(13)的數(shù)值：8.8°。我當(dāng)年最擔(dān)心的局面終于沒(méi)有出現(xiàn)：大亞灣實(shí)驗(yàn)還是搶在了整體擬合分析和其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之前完成了一次具有里程碑意義的測(cè)量。一個(gè)月之后，韓國(guó)的RENO合作組也宣布了他們的測(cè)量結(jié)果，比大亞灣實(shí)驗(yàn)低了0.4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差，盡管他們的實(shí)驗(yàn)取數(shù)比大亞灣合作組的取數(shù)早了好幾個(gè)月！
據(jù)說(shuō)Fogli和Lisi課題組在大亞灣實(shí)驗(yàn)結(jié)果公布以后，曾寫(xiě)信給大亞灣合作組要求我們引用他們的整體擬合文章。由于直接實(shí)驗(yàn)測(cè)量原則上并不受理論模型和整體擬合分析的影響，他們的訴求沒(méi)有得到響應(yīng)。
2016年，王貽芳教授以及RENO合作組的發(fā)言人金蘇邦（Soo Bong Kim）和T2K合作組的負(fù)責(zé)人西川公一郎（Koichiro Nishikawa）一起榮獲了Pontecorvo獎(jiǎng)，以表彰他們?yōu)樾乱淮磻?yīng)堆和加速器中微子振蕩實(shí)驗(yàn)所做出的杰出貢獻(xiàn)。而一年后，這一中微子物理學(xué)界的重要獎(jiǎng)項(xiàng)終于承認(rèn)了理論物理學(xué)家Fogli和Lisi的整體擬合工作，可喜可賀！
（本文作者：邢志忠，中科院高能物理研究所研究員）
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