来源:深圳特区报 发布时间:2011-12-7 16:44:47
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大亚湾中微子实验明年初运行
 
举世瞩目的大亚湾反应堆中微子实验项目工程已进入建设的最后阶段,明年初将全面运行,对中微子最后一个未知混合角参数θ13的初步测量结果,将于明年上半年得出。这是记者昨日(12月6日)从项目组获悉的。
 
大亚湾反应堆中微子实验项目,是我国第一个吸引到大量国外经费投入的基础科学研究项目。它可以实现在置信度90%以上的水平下,将θ13值测量到0.01精度以内的目标,测量精度全世界第一,这将为中微子物理研究指明发展方向,甚至可以解释宇宙中的“反物质消失之谜”。
 
位于深圳大鹏半岛的大亚湾核电基地,是进行这一实验的最佳场所。这里有全球第二大的反应堆群,能够提供强的中微子流;其次,这里紧临高山,适合建立地下实验室以屏蔽宇宙射线对实验的干扰。专家称,在全世界的反应堆中,同时具备这两个条件的极为少见。
 
2007年10月,大亚湾中微子实验项目工程破土动工。目前,靠近大亚湾核电站的近点实验大厅已成功开始实验取数,靠近岭澳核电站的近点实验大厅正进行设备调试,远点实验大厅计划在明年初投入使用。
 
大亚湾中微子实验是以中美为主的国际合作项目。中方由科技部、中国科学院、自然科学基金委、广东省、深圳市和中国广东核电集团共同支持,投资1.6亿元,在我国开创了国家、地方与企业共同支持基础科学研究的先河。
 
中微子是构成物质世界的最基本粒子之一,不带电,质量非常轻,以接近光速运动,具有极强的穿透力,很难探测。中微子物理是当今粒子物理、天体物理和宇宙学研究交叉学科的前沿与热点领域,20多年来已3次成为诺贝尔物理学奖的获奖领域。
 
中微子可超光速?记者独家探秘大亚湾中微子实验站
 
八大探测器待命“捕捉”中微子
 
一个名为“中微子”的小精灵,近来突然闯进大众的视野。
 
半个月前,当意大利OPERA实验再次公布中微子速度超过光速60纳秒时,媒体惊呼:“中微子将可能颠覆爱因斯坦的相对论。”
 
有关中微子振荡的试验,在中国也有一个,就位于深圳大鹏半岛的大亚湾核电基地。在深达百米的地下,来自中美等6个国家和地区的科学家、工程师和工人们,已经辛劳了整整4年。
 
这个“神秘”的科研基地究竟是什么样子?为何放在大亚湾?实验进展如何?究竟有什么作用?带着一连串疑问,记者日前获得特许,有幸深入其中采访。
 
8个百吨重探测器待捕中微子
 
在大亚湾中微子实验站,中科院高能所的张家文研究员告诉记者,高能所创新设计的中心探测器是捕捉中微子的好手。它分三层,大钢罐里套4米桶,4米桶里套3米桶,二者之间装的是普通液闪,可以提高对中微子的捕捉效率。而钢罐和4米桶之间装的是矿物油,可以屏蔽钢罐等器材本身的放射性干扰。
 
张家文说,真正捕捉中微子的,是3米桶里装的一种“掺钆液闪”。“当中微子与掺钆液闪中的氢核反应后,会放出正电子和中子。带电的正电子会放出微弱的光,而中子容易被钆俘获,放出伽马光子。这一快一慢两个光信号,经过光电倍增管输出后放大,我们就知道发现了一个中微子。”
 
据介绍,实验共准备了8个中心探测器,每个总重110吨。经过测算,大亚湾核反应堆一天所产生的中微子,约为10的26次方个,临近核反应堆的中心探测器可以捕捉到其中1000多个中微子的行踪。
 
大亚湾方案在全球竞争中胜出
 
大亚湾中微子实验的目标,并不只是发现中微子,而是测量中微子振荡中最后一个未知的混合角参数θ13。记者注意到,在实验室,θ13被作为徽标,印在所有工作服和安全头盔上。
 
“我们的实验方案,可是在激烈的全球竞争中胜出的。”工程现场中方安全负责人李小男告诉记者,俄罗斯、法国、美国、日本等国都曾提出相关实验方案,而中科院高能所创造性地提出了利用大亚湾反应堆测量θ13的方案。美国能源部在比较了全球8个方案后,明确表示只支持大亚湾实验。
 
为什么选择大亚湾?李小男说,因为这里具有得天独厚的优势,可以保证精确测量θ13。首先,反应堆功率越大,放出的中微子越多,仪器探测到的中微子就会越多。大亚湾核电基地目前是全球第二大反应堆群,能够提供足够强的中微子流;其次,反应堆附近即是海拔数百米的排牙山,足够厚的岩石覆盖能屏蔽掉绝大部分宇宙射线干扰。在大亚湾核电基地,实验项目仅需打一条平直的隧道进入山腹,即可降低宇宙射线干扰1万倍。
 
从地面装配大厅另一边的门走出,眼前即是总长3000多米的隧道。山腹中已拓出了3个实验大厅,两个近点大厅分别离大亚湾反应堆360米和岭澳反应堆500米,一个远点大厅设在再往山中约2000米处。
 
张家文告诉记者,通过两个近点大厅探测到的中微子信号,科学家们可以精确地计算出反应堆释放的中微子数量,进而计算出远点大厅探测器看到的中微子信号。如果出现中微子振荡,远点大厅实际探测到的中微子信号,会比预期的少。科学家们通过分析减少的程度,就可以测量出θ13了。
 
世界瞩目大亚湾中微子实验
 
最精确的实验,吸引了世界上最优秀的研究者。来自6个国家和地区的39个研究机构、250多名研究人员,皆为精确测量θ13而来。
 
θ13,这个参数值究竟有多迷人?中科院高能所所长王贻芳说,θ13的大小决定了未来中微子物理研究的发展方向。“很多中微子研究项目,都需要等待这一结果才能继续进行。或许,还可解释宇宙中的‘反物质消失之谜’。”
 
8月15日,大亚湾中微子实验第一大厅探测器已开始取数,并准确捕捉到中微子信号。第二实验大厅有望近日投入使用,远点大厅计划明年初投入使用。
 
张家文表示,最终的精确结果,会在2至3年内形成。全世界的眼睛都关注着这里,中微子研究将由此开出新路。
 
名词解释
 
中微子:构成物质世界的最基本粒子之一,不带电,质量非常轻,以接近光速运动,具有极强的穿透力,很难探测。目前,中微子有大量谜团尚未解开,包括质量大小和起源、磁矩、混合角参数θ13和CP破坏相角的大小等等。
 
反物质消失之谜:“大爆炸理论”称,宇宙诞生于约137亿年前的一场大爆炸。根据粒子物理定律,能量转化为物质后,宇宙中的正反物质应一样多。然而,人们却一直未能观测到反物质的存在,也没有观测到正反物质相遇时发生的猛烈爆炸,反物质奇怪地消失了。这个“谜团”,一直是困扰并吸引着科学家们的最大物理难题之一。
 
 
 
 
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