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中微子實驗有了新目標(biāo)

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【中微子實驗有了新目標(biāo)】

中微子實驗有了新目標(biāo)



大亞灣中微子實驗3號實驗廳 ， 位于山腹之中 ， 上面是360米的巖石層 。
2020年12月12日 ， 中科院院士、中科院高能物理研究所所長王貽芳在這里的實驗控制屏前按下停止按鈕 ， 并宣布：“大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗（以下簡稱“大亞灣實驗”）圓滿完成科學(xué)任務(wù) ， 正式退役！”
從2011年12月24日大亞灣實驗三個實驗廳同時運行開始 ， 至此 ， 大亞灣實驗共運行了3275天 。
首次發(fā)現(xiàn)中微子的第三種振蕩模式
2012年 ， 是大亞灣實驗備受關(guān)注的一年 。
這一年3月 ， 王貽芳領(lǐng)銜的大亞灣實驗團(tuán)隊宣布 ， 歷時6年的大亞灣實驗取得了重大突破——首次發(fā)現(xiàn)了中微子的第三種振蕩模式 ， 并精確測量到其振蕩概率 。 這項成果在國際高能物理界引起熱烈反響 ， 被譽為“開啟了未來中微子物理發(fā)展的大門” 。
同年底 ， 該成果入選美國《科學(xué)》雜志2012年度十大科學(xué)突破 ， 此后 ， 王貽芳和團(tuán)隊獲得了累累殊榮 ， 其中包括被稱為科學(xué)界“第一巨獎”的基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎 。
構(gòu)成物質(zhì)世界的12種基本粒子中 ， 中微子就占了1/3 ， 它在宇宙中廣泛存在 。 由于它幾乎不跟任何物質(zhì)發(fā)生作用 ， 不容易被捕捉到 ， 因此也成為人類迄今為止了解最少的一種基本粒子 。
“然而 ， 了解中微子非常重要 ， 對它的認(rèn)識和研究將有助于揭開宇宙演變的諸多奧秘 。 ”王貽芳說 。
根據(jù)“大爆炸”理論 ， 宇宙在誕生之時 ， 物質(zhì)與反物質(zhì)應(yīng)該是等量產(chǎn)生的 。 但在過去的近百年里 ， 人類在可觀測到的宇宙范圍內(nèi) ， 一直沒有發(fā)現(xiàn)宇宙中有大量反物質(zhì)存在的跡象 。 截至目前 ， 科學(xué)家們認(rèn)為 ， 反物質(zhì)已經(jīng)消失了 。 那反物質(zhì)到底去哪兒了？這是宇宙起源和演化中的一個重大謎團(tuán) ， 而中微子振蕩或許是解開這個謎團(tuán)的鑰匙 。
要解開這個謎團(tuán) ， 中微子混合參數(shù)θ13數(shù)值的測量是必須跨越的一步 。
王貽芳說：“中微子混合參數(shù)總共有6個 ， 以前已經(jīng)有3個半被測出了 。 只有對混合參數(shù)θ13完成測量之后 ， 科學(xué)家才能進(jìn)行下一步工作 。 ”
2003年冬天 ， 當(dāng)時還是中國科學(xué)院高能物理研究所一名普通研究員的王貽芳注意到 ， 利用反應(yīng)堆中微子來測θ13已成為國際熱點 ， 多個外國團(tuán)隊正打算進(jìn)行同類實驗 。
“中國絕不能錯失這次機(jī)會 ， 應(yīng)該積極參與其中 。 ”同年 ， 王貽芳便提出實驗方案 ， 利用我國大亞灣核反應(yīng)堆群產(chǎn)生的大量中微子 ， 來尋找中微子的第三種振蕩 ， 并和同事們設(shè)計出了實驗裝置 。 此后 ， 經(jīng)過多方奔走呼吁 ， 2006年 ， 大亞灣實驗項目獲準(zhǔn)立項 ， 成為當(dāng)時我國基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域最大的國際合作項目 。
要捕捉到來無影去無蹤的中微子 ， 探測器要足夠大和足夠靈敏 ， 同時還必須不被宇宙線影響 。 因此 ， 世界各國的中微子探測器大多建在地下 ， 用厚重的巖層來屏蔽宇宙中各種高能粒子的影響 。 大亞灣實驗也不例外 ， 3個實驗大廳 ， 均位于山腹內(nèi) ， 由水平隧道相連 ， 上面是厚達(dá)幾百米的巖石層 。
由于絕佳的實驗設(shè)計方案 ， 起初并不被國內(nèi)外同行看好的王貽芳團(tuán)隊 ， 在大亞灣實驗建成運行后 ， 僅用了55天時間 ， 便發(fā)現(xiàn)了一種新的中微子振蕩模式 ， 并精確測量了混合參數(shù)θ13 。
此后 ， 大亞灣實驗基于持續(xù)累積的統(tǒng)計量和分析技術(shù)的改進(jìn) ， 不斷更新θ13的測量結(jié)果 ， 一直保持世界最高精度 。
“在可以預(yù)見的未來 ， 大亞灣實驗的測量精度也不會被其他實驗超越 。 ”王貽芳篤定地說 。

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