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【中青报客户端】我国第一代中微子实验装置正式退役!曾连续斩获科学界大奖
2020-12-14|文章来源:邱晨辉 |【
 

  2020年12月12日,大亚湾反应堆中微子实验(以下简称大亚湾实验)装置退役仪式在实验站现场举行。至此,这个自2003年开始,经过4年酝酿、4年建设和9年运行取数的中国第一代中微子实验装置,实现了原定科学目标,完成了科学使命,正式退役。

  大亚湾实验由中科院高能物理研究所主持,是中美两国在基础研究方面最大的国际合作项目,中方承担全部实验室建设和一半的探测器研制,美方承担约一半的探测器研制,俄罗斯、捷克,中国香港和中国台湾都对实验建设和科学研究作出重要贡献。

   

  图为大亚湾实验的探测器,中科院高能所供图

  在退役仪式上,大亚湾实验负责人、中科院院士、中科院高能物理所所长王贻芳回顾了大亚湾实验的17年历程。他说,在此期间,各经费支持单位给予了及时、有力的支持,实验团队与相关企业攻坚克难,共同完成了实验站的建设。中广核集团对大亚湾实验的建设和科学研究进行了全方位大力支持。

  当天上午,王贻芳按下了实验装置停止运行的按钮,随后,实验大厅的水池外罩被打开,展现出沉浸在碧蓝色高纯水中的4个中微子探测器。停机退役的过程进行了网络直播,大亚湾实验的科学家进行了实时解说,这让最前沿的大科学装置近距离呈现在大众面前。

  记者了解到,退役仪式结束后,大亚湾实验装置将按计划进行设备拆卸撤场工作,预计在半年内完成。之后,实验场地将正式移交给中微子实验所在的中广核集团,由中广核集团进行后续的开发利用。

  新闻背景:什么是中微子?探测中微子有何意义? 

  据王贻芳介绍,中微子是宇宙中最古老、数量最多的物质粒子,从宇宙诞生的大爆炸起就充斥在整个宇宙空间。太阳、地球、超新星、宇宙线、核反应堆,甚至人体都在不停地产生中微子,每秒钟都有亿万个中微子穿过我们的身体,但无法察觉,它几乎不与任何东西发生反应,甚至可以轻松穿过整个地球。

  十几年前,通过对太阳中微子和大气中微子的研究,科学家发现,中微子有一个神奇的特性,能够在飞行中从一种类型转变成另一种,即“中微子振荡”,这两位中微子实验的科学家被授予2015年诺贝尔物理学奖。

  大亚湾和岭澳核电站共有6个反应堆,总功率位居世界前列,每秒钟产生的中微子多达35万亿亿个,同时附近有山,适合建地下实验室探测中微子。2003年,科学家利用这一得天独厚的条件提出了大亚湾反应堆中微子实验方案,首次提出了多模块探测器的方法,设计了3个实验站和8个中微子探测器。

   

  大亚湾实验布局图,中科院高能所供图

  这一方案得到了国际上的广泛关注与赞同,美国能源部支持十多个美国国家实验室和大学参加大亚湾实验。

  2006年2月,大亚湾国际合作组宣布成立,共有7个国家和地区,41个科研机构的200多名科研人员参与。

  2007年10月,大亚湾中微子实验破土动工,开始隧道、实验厅以及探测器的建造。

  2011年12月,为了赢得国际竞争,项目组决定采用建成的6个探测器提前运行,很快获得了实验结果。2012年3月8日,大亚湾实验国际合作组宣布发现了一种新的中微子振荡,并以前所未有的精度,测得其振荡大小为0.092,误差为0.017,无振荡的可能性仅为千万分之一。

  这一重大发现对于研究物质本原和宇宙起源,理解宇宙中反物质消失之谜具有重要意义,在国际高能物理界引发了强烈反响,诺贝尔物理学奖获得者李政道、卡罗?鲁比亚等国际知名专家第一时间表示祝贺。

  该实验成果还入选美国《科学》杂志2012年度十大科学突破,并连续斩获科学界大奖:获得了2016年度“基础物理学突破奖”和2016年度国家自然科学一等奖。

   

  (图为大亚湾实验3个实验厅内的6个中微子探测器测量到的中微子数与预期中微子数的比值。该发现为中微子物理的未来发展铺平了道路,被《科学》杂志评为当年十大科学突破之一。中科院高能所供图)

  此后,大亚湾实验继续高质量运行,获得了丰硕成果。目前已将中微子振荡振幅的测量精度从2012年的20%提高到了3.4%,预期最终精度将好于3%。这是自然界的基本参数,其精确测量具有重要科学价值。在未来几十年,该精度不会被其他实验超越。

  王贻芳说,大亚湾实验也精确测量了反应堆中微子能谱,发现与理论模型相比,存在两处明显反常,未来需要进一步研究。此外,大亚湾实验给出了低质量区惰性中微子最好的限制,基本排除了之前两个美国实验给出的这个假想新粒子的存在空间。

  他告诉记者,大亚湾实验使人们对物质世界的基本规律有了新的认识,该实验发现的中微子振荡振幅比预期要大得多,为未来中微子研究指明了方向。新一代的大型中微子实验装置因此得以开始建设,包括中国的江门中微子实验、美国的“沙丘”实验(DUNE)和日本的顶级神冈实验(HyperK)。

  王贻芳还透露,江门中微子实验预期2022年完成建设,在不远的将来,它将揭开中微子质量顺序的谜底,并在中微子振荡参数的精确测量、天体中微子、地球中微子、新物理寻找方面取得国际领先的科学成果。

(源自中国青年报客户端 2020-12-12版)


 
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