戈多會來嗎？理論物理學家的一紙計算，實驗物理學家要賠上一生

周劼 資深媒體人，業余從事文史、藝術研究。

1956年，泡利收到萊因斯和柯恩從美國發來的電報：

現謹奉告：通過觀察質子的逆β衰變，我們已經確定從裂變碎片中觀測到了中微子。

泡利當晚回電：知道如何等待戈多，戈多終會來。（按，筆者意譯）

這是在泡利提出中微子假設的27年后，終于在實驗中直接證實了這個“小家伙”的真實存在。再39年后（1995年），萊因斯因為這項觀測而獲得諾貝爾物理學獎。

觀測中微子有兩種途徑，一種是等到宇宙中超新星爆發，拋出大量的粒子流，觀測其中的中微子流漲落。后來日本的小柴昌俊做的就是這樣的研究；另一種是通過實驗的手段來人為制造中微子流，萊因斯他們做的就是這樣的研究。這個實驗說起來有些駭人，他們最初提出的設想是用核爆的強β衰變，提供足夠的中微子源，再通過中微子跟質子的相互作用來進行間接觀測。為此他們打報告，要動用一顆原子彈來做實驗。這個想法沒嚇到科學家，倒把軍方和政界嚇了一大跳，科學家不會拐彎的大腦，無視世界局勢和老百姓的觀感，只會讓人覺得太過瘋狂。萊因斯他們只好改用較為平和的核反應堆放射性環境來觀測，但可控常常意味著不足，中微子源數量不夠，觀測的難度極大。

這兩種方法其實都有些愚公之愚，等超新星爆發，可望不可即，等反應堆能測量到，也是可遇不可求，除了耗費長時間的等待，別無他途，成功的概率極低，能成功是運氣。所以“中微子之父”泡利對待實驗的態度就是等待，悲觀一點兒，便如現代荒誕戲劇里的戈多，“總也不來，死也不走，啥也不發生”；樂觀一點兒，便如《邊城》里翠翠等著的為她月下唱歌的人，“這個人也許永遠不回來了，也許‘明天’回來！”而所謂“知道如何等待”，不是泡利故作曠達之語的話，無非在悲欣交集中默念《心經》，心無掛礙，遠離顛倒夢想，一根筋等待。

理論物理學家和實驗物理學家的關系，很像前者“動動嘴”、后者“跑斷腿”的歡喜冤家，前者隨口一句話、一個思想的火花，后者可能要付出一生的代價，前者“臨去秋波那一轉”，后者便“天地合，乃敢與君絕”。

還拿小柴昌俊說吧，他做中微子觀測實驗的同時還做質子衰變實驗。1987年，泡利提出中微子假設58年后，也是小柴即將退休的前一年，他的實驗終于觀測到距地球15萬光年之處宇宙超新星爆發的中微子流（他本人2002年獲得諾貝爾物理學獎）。中微子實驗雖然漫長，等待終還有個頭，而質子衰變實驗則遙遙無期，遠遠看不到頭。遙遙無期是什么意思？質子衰變之緩慢，科幻加科普大家阿西莫夫有個對比：將質子想象成地球那么大的空心，這個空心球體里，有三個現實中原子般大小的夸克，換句話說，三個原子在地球那么大的空間內無規則運動，它們發生碰撞之機就是質子衰變之時。按照理論物理學家的計算，質子衰變的半衰期為1031年，這是什么概念？這個時間長度約為目前所知宇宙年齡的6萬億億倍，如果把宇宙目前的年齡設定為一秒，那么質子預期的半衰期為200萬億年，對于質子而言，“天玄地黃，宇宙洪荒”比一眨眼還要短得多、得多……就算是物理學實驗中常用的拿數量對沖時間的話，1031個質子，大約是10000噸水中的質子數，這一萬噸水一年中只有1個或幾個質子衰變，而找到這一個，比太平洋里撈針還要難。理論物理學家的一紙計算，實驗物理學家要賠上一生，用小柴自述的話說，“持續觀察多年，就有可能發現質子的衰變，但希望渺茫”。

“可能”說明了還有不可能，“渺茫”則更說明不可能比可能還可能，但實驗物理學家還要干等。“干等”這個詞在實驗物理里有了新的意義：干+等，非做不可是干，一切成敗利鈍交給時間是等。面對自然不肯揭開的面紗，人類總有不可遏止的好奇心，總要利用各種手段去探索發現，并把快樂和成就感留給過程，而非結果。那些耗費一代甚至幾代學人生涯卻無望的實驗，真正闡釋了何謂“但問耕耘，不問收獲”。小柴著手質子衰變實驗時，專門請來理論物理的大咖，也是諾貝爾獎得主的格拉肖來參觀，格拉肖在實驗探測器的門上題詞：

質子如果回來的話，我將衰變。

是耶非耶，喜乎悲乎？這句雋語包含了人類小尺度面對宇宙大尺度的百感交集、萬千慨嘆，一言難盡。而小柴則在自述傳中的結尾給出了自己的闡釋：

對于年輕人，我想對他們說：“熱衷于這項研究，也許你的一生都不會有什么成果。”然而，即便如此，還是應該試試看。（文\/周劼）