2015年
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【CRI】中国开建第二个大型中微子实验项目
——探究小粒子背后的大实验
文章来源:  2015-01-30
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  国际在线消息(记者 阮明艺):1月初,在中国南方广东省江门市,中国科学院高能物理研究所主导的又一大型中微子科学实验站启动建设,以精确测量中微子混合参数。在构成我们物质世界的12种粒子中,中微子占据了四分之一。

  反物质是不少科幻小说和电影里出现频率极高的概念,难以捕捉的“幽灵粒子”中微子也是许多科学爱好者常常讨论的话题之一。但是您知道这两个让人感觉神秘莫测的概念之间有着千丝万缕的联系吗?近日走访中科院高能物理研究所时,中微子理论专家邢志忠研究员告诉记者,反物质的消失可能与中微子的衰变有关联:“按照标准的大爆炸理论,宇宙最初产生的时候物质与反物质是等量出现的,但是我们现在在可观测的宇宙的10的4次方光年以内只看到了物质,没有看到原初的反物质,那么原初的反物质去哪儿了呢?我们需要一个物理学的解释。那么根据我们现在的理论,中微子在宇宙早期的时候,它的衰变可能会造成相关的反物质随着宇宙的不断演化和冷却而减少,逐渐消失,只剩下物质。我们现在初步判断它们之间是有关联的,但还需要未来的实验来验证这一点。”

  中微子的衰变导致反物质消失,那中微子到底是什么样的?目前,有关中微子质量顺序的研究,已成为国际物理学界的热门课题。日本、美国、欧洲、印度、韩国等5个国家有7个实验正在计划或已进行这方面的研究。中国科学院高能物理研究所已经开展了有关中微子性质研究的一系列实验。2007年,位于广东大亚湾核电站的中微子实验基地开建。该实验项目的国际合作组发言人、中科院高能物理研究所的曹俊研究员介绍说,在设计、建设之初,大亚湾中微子实验就在亮度、探测器精度、地理位置等各方面占据优势,该实验在运行取数后不久就发现了中微子的第三种振荡模式:“2011年底开始取数,只用了55天的数据就发现新的中微子振荡,引起国际上的很大关注。我们发表的(相关的)第一篇文章,到目前接近3年被引用了一千多次。”

  曹俊介绍说,中微子的三种振荡模式,其中两种已经被发现和实验证实,但第三种振荡却一直未被发现,甚至有理论预言其根本不存在。大亚湾中微子实验结果表明,中微子第三种振荡存在,精确测量到其振荡几率为9.2%。这一科研成果在2012年被《科学》杂志评为当年的十大科技突破,这也是《科学》杂志在近二十年的评选过程中,第一次有中国的基础研究成果入选。

  中微子的三种振荡模式已全部被证明,测量中微子的质量顺序,成为中微子下一步研究的重点。2015年1月中国在广东江门开建第二个中微子实验站,瞄准的就是这一目标,这一实验站将要测量三种中微子哪个重哪个轻,它们的性质如何。中国科学院高能物理研究所所长王贻芳介绍说,江门中微子实验站将在地下700米深处建一个超大型的探测器,即一个直径35米,厚12厘米的有机玻璃球。这个用来捕捉中微子的探测器将是世界上能量精度最高、规模最大的液体闪烁体探测器,将大大提高捕捉“幽灵粒子”中微子的水平:“探测中微子最基本的方法就是让中微子和我们的探测器的材料发生相互作用,发生作用以后,这个材料就会发光,我们在液体闪烁体的外面装了光电探测器,所以它产生了光以后,光子就会到达这个光电探测器,光电探测器就会把这个光转换为电信号,通过电缆把电信号给输出来。”

  目前,江门中微子实验已经吸引了世界科学界的强烈关注,目前组建的国际合作组,已有中国、意大利、法国、德国、俄罗斯等国家和地区的320多位研究人员参加实验。该计划2020年投入运行并开始物理取数,将运行至少20年。除了用来寻找神秘的反物质,未来江门中微子实验站的巨型探测器,也将是一个大型的中微子望远镜,通过捕捉太阳发射的中微子,来了解太阳实时的活动情况。通过这一系列的实验,人们正在慢慢地走近中微子这个小小的粒子,并通过这小小的粒子,来探寻我们生活的物质世界的奥妙。


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