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第12章 物理学家

林夏的指尖在粒子探测器的操作面板上停顿的瞬间,实验室的通风系统突然发出一阵低鸣,气流裹挟着冷却剂的淡薄荷味漫过来。他低头看向屏幕——正负电子对撞后的粒子轨迹图上,原本该呈对称分布的γ射线信号,在能量511kev的位置出现了一缕微弱的异常脉冲,像冬夜里突然划过窗棂的火星,转瞬即逝却又清晰可辨。

“林老师,数据校准结果出来了!”研究生小陆抱着笔记本电脑快步走进来,白大褂口袋里露出半截荧光笔,“您凌晨标注的那组异常信号,排除了探测器噪声和宇宙射线干扰,确实是真实存在的粒子湮灭信号——而且能量偏移比理论值高了0.3kev。”

林夏接过电脑,指尖划过屏幕上的脉冲曲线,指腹能感受到设备运行时透过机身传来的轻微震动。“把去年在合肥同步辐射实验室的对比数据调出来,”他指着异常脉冲的峰值,“2023年测的电子湮灭能谱,偏移量只有0.08kev,这次突然增大,可能和我们新换的靶材纯度有关。”他转身从样品柜里取出一片银灰色的靶材,标签上用红色马克笔写着“2024.10.05,高纯度钨靶,纯度99.999%”,边角还粘着一小块透明胶带——那是小陆上周贴的,怕靶材在转移时被划伤。

小陆立刻调出数据库里的历史数据,两个窗口并排显示时,差异一目了然:“您看,靶材表面粗糙度也不一样!新靶材的ra值是0.02μm,比去年的高了0.01μm——会不会是表面微小凸起导致粒子碰撞角度改变,进而影响了能量测量?”

“有可能,但还不够。”林夏将靶材放在光学显微镜下,调大倍率,银白色的靶材表面渐渐显露出细微的纹路,像冻结的湖面下藏着的冰裂纹,“你去准备三组平行实验,分别用不同粗糙度的钨靶,保持加速电压和束流强度不变,两小时后再测一次湮灭能谱。另外,联系靶材供应商,要他们提供这批钨靶的杂质含量检测报告——尤其是氢元素的含量。”

小陆点头应下,转身时瞥见林夏桌角的保温杯,杯身上印着“合肥国家实验室粒子物理课题组”的蓝色字样,杯盖旁边压着一张便签,是林夏女儿诺诺用彩笔写的“爸爸记得吃早饭”,末尾还画了个拿着放大镜的小人,头顶写着“找粒子”。

林夏重新回到探测器前,调整束流聚焦参数。等待实验启动的间隙,他翻开抽屉里的工作手册,去年在合肥做实验的场景突然清晰起来——凌晨三点的实验室里,冷却系统的指示灯泛着冷蓝色的光,他和小陆裹着厚外套坐在操作台前,盯着屏幕上缓慢刷新的数据,直到第一缕阳光透过窗户照在探测器上,才终于等到符合理论预期的能谱图。那时候小陆还开玩笑说:“林老师,咱们这工作跟守株待兔似的,就是不知道要等的‘兔子’,到底藏在哪个能量区间里。”

“林老师,靶材准备好了!”小陆的声音将他拉回现实。两人一起更换靶材,林夏负责调整靶台位置,小陆用激光测距仪校准精度,确保靶材中心与束流轴线的偏差不超过0.1mm。“您说,要是这次真能找到能量偏移的原因,能不能给‘电子质量普适性’这个老问题提供新证据?”小陆一边固定靶材一边问,眼里闪着期待的光。

林夏点点头,按下束流启动按钮:“电子湮灭能谱是测量电子静止质量的重要方法,如果能证明靶材环境对能量测量的影响规律,就能进一步修正现有理论模型里的系统误差。2018年诺贝尔物理学奖颁给量子电动力学验证,靠的就是这种‘在细微处找突破’的研究——有时候,物理学的进步,就藏在这0.3kev的偏差里。”

他想起刚读博时,导师老周跟他说的话:“粒子物理研究就像在沙漠里找一粒特定颜色的沙子,大多数时候看到的都是普通沙粒,但只要守住耐心,总能等到那粒‘不一样的沙子’。”那时候他还不懂,直到第一次独立完成电子自旋共振实验,在数百组杂乱的信号里,终于捕捉到自旋-晶格弛豫的特征峰,才明白导师说的“耐心”,不是被动等待,而是主动排除干扰、验证假设的坚持。

下午两点,三组实验的数据陆续出来。当小陆将不同粗糙度靶材的能谱图叠加在一起时,规律瞬间显现:靶材表面越粗糙,能量偏移量越大,两者呈明显的正相关。“而且您看,杂质报告里说这批靶材的氢含量是0.0005%,比去年的高了0.0003%!”小陆指着报告里的数值,“氢原子会不会吸附在靶材表面,改变了局部电场,进而影响粒子湮灭时的能量释放?”

林夏的眼睛亮了,他立刻调出粒子湮灭的理论模型,在白板上写下公式:“电子与正电子湮灭时,会释放两个能量相等的γ光子,若靶材表面有氢原子形成的电偶极层,会对光子产生微小的能量牵引,导致测量值偏高。我们可以用密度泛函理论计算一下氢吸附后的电场分布,验证这个假设。”

就在这时,实验室的电话响了,是清华大学的李教授打来的。“林夏,你们之前投稿的《电子湮灭能谱中的靶材环境效应》,审稿人提了个关键问题——能不能用不同元素的靶材重复实验,排除元素特异性影响?”李教授的声音带着急切,“如果能补充这个数据,论文下周就能接收,还能赶上下个月的国际粒子物理大会。”

林夏心里一紧——他们目前只用了钨靶,要补充金、铜、铝三种靶材的实验,至少需要三天时间。“我们马上安排,”他立刻回复,“周四之前给您补充数据,麻烦您跟审稿人沟通一下。”

挂了电话,林夏重新调整实验计划:“小陆,你负责金靶和铜靶的实验,我来做铝靶——我们分两班倒,24小时不停机。对了,联系材料学院的王老师,借他们的超高真空镀膜机,我们需要在铝靶表面镀一层纯钨膜,排除基底元素的影响。”

接下来的三天,实验室的灯光始终亮着。林夏白天调试铝靶实验参数,晚上分析金靶和铜靶的数据,累了就靠在椅子上眯半小时,醒了继续对着屏幕推导公式。小陆看他眼底的红血丝越来越重,偷偷在他的保温杯里加了枸杞:“林老师,您再这么熬,师母该打电话来‘查岗’了——上次您连续加班,师母还托我带了红烧肉,说让您补补。”

林夏接过杯子,喝了口温热的水,心里泛起一阵暖意。他想起上周视频时,诺诺举着画满粒子轨迹的纸,奶声奶气地说:“爸爸,我画的‘小粒子’在跳舞,你什么时候回家看我呀?”那时候他只能哄女儿说:“等爸爸找到‘不听话的小粒子’,就回家陪你搭积木。”

周三晚上,所有补充实验的数据终于整理完毕。当四种靶材的能谱图叠加在同一张图上时,结论清晰无误:无论哪种元素的靶材,只要表面粗糙度和氢含量增加,能量偏移量就会同步增大,且偏移规律完全一致。“成功了!”小陆激动地抱着数据报告,“我们不仅回答了审稿人的问题,还找到了普适性的环境影响规律!”

林夏看着屏幕上整齐排列的曲线,疲惫感瞬间消散。他立刻将补充数据和分析结果整理成附件,发给李教授。凌晨两点,李教授回复:“审稿人很满意,论文正式接收!下个月的大会,你准备做个口头报告,把这个发现好好分享一下。”

周四早上,林夏终于有空回家。推开门,玄关处摆着一双小小的粉色拖鞋,诺诺穿着睡衣跑过来,抱着他的腿:“爸爸!你终于回来了!妈妈说你找到了‘不听话的小粒子’,是不是呀?”

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