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【南方】致敬!这个获奖无数的大实验装置退役,继任者在江门
2020-12-14|文章来源:苏国锐 杜艳 |【
 
  时间,停留在3275天11小时43分0秒。服役9年,大亚湾反应堆中微子实验(下称“大亚湾实验”)于12月12日正式退役。

  这里产出了一系列重要的中微子研究成果,包括被美国《Science》杂志评为2012年十大科学突破之一的中微子的第三种振荡,使我国中微子研究跨入国际先进行列。

  如今,大亚湾反应堆中微子实验已完成使命,江门中微子实验将接棒,预期在中微子质量顺序、振荡参数精确测量等方面取得国际领先的科学成果。

  探索:围绕中微子的相关研究四获诺奖 

  了解大亚湾实验退役之前,先要清楚,中微子是什么?

  中微子是构成物质世界最基本的粒子之一,从时间开始的那一刻起,就无处不在。

  每秒钟有亿万个中微子穿过我们的身体,但我们很难发现它的踪影,因为它几乎不与任何物质发生作用。

  中微子还会玩“失踪”。如果把中微子比作苹果:理论预期太阳释放100个绿色苹果,可地球上只看到了35个,因为有65个绿苹果变成了黄色或者红色的,这就是“中微子振荡”,即从一种类型变为另一种。

  中微子与物质的相互作用十分微弱,还会玩“失踪”,研究它有何意义?

  其实,在我们这个宇宙中,中微子的数量极多,它充满在宇宙每个角落,平均每立方厘米就有300个左右,与光子差不多,比其他所有的粒子要多数十亿倍。所以,中微子对宇宙来说有举足轻重的作用。

  因此,研究中微子,成了全球高能物理学界非常重要的一个前沿领域,围绕中微子领域的相关研究已获得4次诺贝尔奖。

  与之相比,我国对中微子的研究起步相对较晚,成果不够显著,直到大亚湾和岭澳核电站引起了科学家们的注意。

  振荡:发现中微子振荡的新模式 

  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,以中科院高能物理所所长王贻芳为代表的高能物理学家提出大亚湾反应堆中微子实验方案,首次提出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。该方案得到国际广泛关注与赞同,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。

  

大亚湾实验布局图,中科院高能所供图。 

  2006年2月,大亚湾国际合作组成立,共7个国家和地区,41个科研机构的200多名科研人员参与。大亚湾实验成为中美两国在基础研究方面最大的国际合作项目。

  2007年10月,正式开工建设。2011年12月24日,开始远近点取数同时运行。

  2012年3月8日,项目组宣布首次发现中微子的第三种振荡模式,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强烈反响。

  该实验成果入选了美国《科学杂志》2012年度十大科学突破,获得2016年度“基础物理学突破奖”和2016年度国家自然科学一等奖、2019年度未来科学大奖等多个奖项。

  完成科学使命后,大亚湾实验决定退役。

  退役:未来几十年,θ13的测量精度不会被超越 

  12月12日,大亚湾反应堆中微子实验大厅,王贻芳院士按下停机按钮。服役9年、耗资2.4亿的大亚湾实验的运行时间停留在,3275天11小时43分0秒。

  

王贻芳院士按下停机按钮,大亚湾实验的运行时间停留在3275天11小时43分0秒。 

  随后,水池盖子八年来第一次被打开,展现出浸泡在高度纯净的水中的4个中微子探测器,最前沿的大科学装置近距离呈现在大众面前。

  

水池盖子八年来第一次被打开,展现出浸泡在高度纯净的水中的4个中微子探测器。 

  “大亚湾实验已完成使命,退役是合适的。”王贻芳院士称,大亚湾实验的科学目标是寻找中微子振荡,测量θ13。2012年3月大亚湾实验发现了中微子振荡的新模式,目前大亚湾实验已将中微子振荡振幅的测量精度从2012年的20%提高到3.4%,θ13测量统计误差已小于系统误差,继续运行不会提高精度,在未来几十年,该精度不会被其他实验超越。

  中科院高能所副所长曹俊介绍,退役仪式后,大亚湾实验装备会被拆卸运到别处,一部分设备会运到江门中微子实验现场。预期半年内完成撤场,场地会移交给实验站所在的中国广核集团,进行后续开发利用。

  “有不舍,但没有太多伤感,更多的是期盼。”在王贻芳院士看来,大亚湾实验使我们对物质世界的基本规律有了新的认识,为中微子研究指明了方向。

  

王贻芳院士回顾大亚湾实验的历程。 

  以王贻芳为首的大亚湾实验项目组,将下一个“战场”定在了江门。

  接棒:江门中微子实验拟2022年投入运行 

  大亚湾实验退役后,国内的大亚湾实验项目组,将把中微子研究的重心转移到江门。

  作为继大亚湾实验后我国主持的第二个大型中微子实验,江门中微子实验已吸引来自18个不同的国家和地区、78所高校与科研院所、680位科研人员参与,预计可在2022年投入运行。

  王贻芳介绍,江门探测器(液闪)质量是 2 万吨,这将比目前国际上同类探测器大20倍。

  “届时,我们将利用阳江和台山两个核电站群产生的中微子,测定中微子质量顺序、精确测量中微子振荡参数,研究超新星、地球及太阳中微子,寻找质子衰变、惰性中微子等。”王贻芳提到,计划在2030年左右,把江门中微子实验改造升级为世界最大的无中微子双β衰变实验,来测量中微子绝对质量,判断其反粒子是否是其自身。

  也许,在不远的将来,我们可以见到,江门中微子实验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等方面取得国际领先的科学成果。

(源自南方+新媒体2020-12-12版)


 
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