http://paper.ce.cn/jjrb/html/2012-03/26/content_199044.htm
3月8日，我国大亚湾中微子实验国际合作组发言人王贻芳在北京宣布：发现中微子的第三种振荡模式，并测量到其振荡几率。本次发现意义重大，中国高能物理学会理事长赵光达院士说：“它将有助于破解宇宙中物质－反物质不对称现象，即宇宙中‘反物质消失之谜’。”意大利OPERA实验发言人则表示，“这是中微子物理的一个里程碑”。更有科学家指出：“这一重要成果对于最终揭开宇宙起源和演化之谜有着重大意义。”
与中微子有关的现象，长期以来都是令人难以琢磨的自然之谜。作为目前人类所知的“建造”物质世界的最小“砖块”，有着“幽灵粒子”之称的中微子，以自身最轻微的形质，十足的“个性”，成功吸引了全世界科学家热切的关注。中微子缘何魅力无穷？其第三种振荡模式背后，究竟潜藏着哪些能够帮助人类探索宇宙的“奥秘”？
中微子
美人如花隔云端
科学发展到今天，粒子物理研究表明，物质世界是由最底层的6种夸克、3种带电轻子和3种中微子所构成。中微子在这12种最基本粒子中占了四分之一，分为电子中微子、缪中微子和陶中微子3种。
在宇宙诞生之初，中微子就充斥着整个宇宙，目前与光子数量一样多，大约为每立方厘米300个，因此，其质量对宇宙的形成与演化有重要影响。与其他粒子相比，中微子“特性”十足，不带电荷，没有大小，质量极轻，穿透性极强，能够以接近光速几乎不受阻碍地穿越宇宙中的任何物质。并且，它与物质的相互作用十分微弱，穿越地球直径厚度的物质，在100亿个中微子中，只会有一个与物质发生反应，因此，极难被捕捉和检测，被世人称为“幽灵粒子”。
然而，“诡异”的中微子却在微观的粒子物理和宏观的宇宙起源及演化中，同时扮演着极为重要的角色。原来，宇宙起源中的物质与反物质不对称很可能与它有关。当宇宙大爆炸发生时，根据粒子物理规律，正反物质应该成对产生，是一样多的。可是我们现在的宇宙中，并没有发现大量反物质存在的迹象。那么，反物质哪里去了？这就涉及到中微子的一个基本性质——中微子振荡，即它在以光速飞行的过程中，会从一种类型转变成另一种类型，也称之为不同类型的中微子的混合。据中国科学院高能物理研究所研究员曹俊介绍，中微子存在振荡现象，同时意味着可能存在另一种不守恒，即电荷－宇称不守恒，也就是CP破坏（电荷用C表示，宇称用P表示）。如果存在大的CP破坏，那么在宇宙早期，反物质就有可能衰变得更快，导致现在的宇宙中只剩下了正物质。
不过，体现物质与反物质衰变差别的参数CP破坏，很难检测，但所幸的是，它却在中微子振荡这一物理过程中，始终与“神秘”参数θ13“相伴”。
参数θ13是中微子振荡的“产物”。按照理论，3种中微子两两组合，应该形成3种振荡模式，产生3种混合参数，描述中微子之间相互转变的规律。其中，被称为“太阳中微子之谜”（由混合参数θ12代表）和“大气中微子之谜”（由混合参数θ23代表）的两种振荡已被发现和实验证实，但第三种振荡（由混合参数θ13代表）则一直未被发现。因而，θ13成为测量CP破坏的大小，破解宇宙奥秘的关键。对中微子振荡的研究也成为粒子物理、天体物理、地球科学与宇宙学研究中的热点与交叉。
大亚湾
且烧高烛照红妆
中微子振荡实验是研究中微子性质，破解“幽灵粒子”之谜的主要途径。中微子振荡的规律可以用6个参数来表示，其中，测量难度最大、物理意义最重要的CP破坏相角δ与混合角θ13这两个参数仍然未知，而θ13又直接影响δ的测量，因此，精确测量θ13成为中微子实验的首要任务。
赵光达院士表示，如果θ13足够大，我们就能进行下一代实验，以理解宇宙中物质—反物质不对称现象。如果θ13太小，则意味着人类无法在可见的将来通过加速器实验来寻找CP破坏。θ13接近于零也预示着新物理或一种新的对称性的存在。因此，不论测得θ13或只给出上限值，均有极为重要的意义。
与加速器实验相比，反应堆中微子试验可以毫不含糊地确定θ13，并且造价低、速度快，因而最有可能获得突破性成果。2003年，中国科学院高能物理研究所的科研人员提出设想，利用大亚湾核反应堆群产生的大量中微子，寻找中微子的第三种振荡模式。
自上世纪五十年代起，国际上就已经开始利用反应堆进行中微子实验。在激烈的国际竞争中，实验地点的选择成为体现这类实验竞争力的关键。与国际上有关实验相比，我国大亚湾核电站具有两个得天独厚的有利条件：一是反应堆功率高（世界第二），因而中微子事例率高。二是地理位置优越，周围有山，可以较容易地建立地下实验室，探测器将有较厚的岩石覆盖层，以减小宇宙线本底对实验的影响。
加之我国科研人员在探测器设计上的独到之处，使我们的精度较过去提高一个量级，有可能以最小的系统误差，得到国际上领先的θ13精确测量结果。中国科学院数理学部主任沈文庆院士表示：“大亚湾实验采用了一系列创新性的设计思想，其设计指标和精度国际最高，在多项设计与技术方面具有独创性，达到和超过了世界先进水平。”
经过4年的准备和3年的建设，大亚湾实验于2011年8月开始逐步投入运行，并在年底开始获取有物理意义的数据。由于大亚湾实验的高精度设计，加上θ13比最初预计的要大得多，实验很快取得突破性进展。仅用了55天，就由相关数据测得振荡几率为9.2%，误差为1.7%，超过了5.2个标准偏差。
按惯例，超过5个标准偏差的实验结果叫发现(discovery)。这就意味着，大亚湾实验首次明确发现了这种困惑世人已久的新型中微子振荡模式，“幽灵粒子”的第三种神秘“舞步”，终于在勤奋的中国科学家手中“揭开”。
新发现
山长水阔通何处
鉴于发现新型中微子振荡将对中微子物理未来发展起到决定性作用，连日来，全球大量科学家和媒体对该事件进行了高度评价及报道。
中国物理学会理事长詹文龙院士评价说：“大亚湾实验的结果具有极为重要的科学意义。它不仅使我们深入了解了中微子的基本特性，也使我们知道未来的中微子物理发展有一个光明的前景：我们可以较为容易地建造下一代中微子实验，以寻找中微子振荡中的CP破坏，并搞清楚不同种类中微子的最终质量顺序。”
美国能源部高能物理科学副主任詹姆斯·西格里斯特表示，“是模范的团队合作引领了这次出色的表现。成果极其显著，但对这个世上最为重要的反应堆中微子实验来说，不过是个开端”。
美国《科学》杂志在线版发表文章《中国物理学家揭露中微子测量的关键》评价道：“此次成果完成了一幅中微子的概念图……看似，中国粒子物理的时代业已到来。”
美国费米实验室和斯坦福直线粒子加速器联合出版的《对称》杂志则总结称，“此次大亚湾中微子振荡概率研究的突破，对回答中微子物理学中的两个重大问题具有重要意义，即这3种中微子的质量究竟如何排序？这是反物质消失不见而物质极端丰富的真正原因吗？大亚湾实验测量之关键，为今后的科学发现奠定了重要基础”。
竭尽全力、触及无限。对浩瀚未知世界的终极探索，一直是人类孜孜以求的梦想，一代代卓越的科学家为此付出了毕生的心力。如今，富于团队合作精神的优秀中国科学家们，又为人类在认识物质世界基本规律的道路上开辟了广阔“坦途”。宇宙终极之“谜”的神秘面纱正在慢慢揭开，我们对此充满期待……
（原载于《经济日报》2012-3-26第15版）
