作者:刘如楠 高雅丽 来源:中国科学报 发布时间:2020/12/12 17:25:50
选择字号:
再见!大亚湾中微子实验

 

 退役仪式现场 刘如楠摄

中微子探测器 刘如楠摄

“下面,我们停止大亚湾实验的取数运行”,说完,大亚湾反应堆中微子实验(以下简称“大亚湾实验”)中方负责人、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳按下了停止运行按钮,屏幕上不断跳动的数据随即静止,实验大厅的水池外罩被打开,沉浸在碧蓝色高纯水中的4个中微子探测器徐徐展现出来。

这是12月12日发生在大亚湾实验站现场的一幕,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。

实验成果“开门红”

运行的9年中,中微子探测器就处在深圳市大亚湾核电站北部山地的地下,极其幽静、暗无天日,探测器要从每秒钟产生35万亿亿个中微子的大亚湾反应堆中捕捉住它们。中微子十分“狡猾”,它几乎不与任何物质发生反应,还经常“变身”,从一种类型变成另一种,即中微子振荡。

探测器虽远离人群,可这个“大家伙”一点都不低调,它有过许多耀眼的时刻。

2012年3月8日,研究团队宣布,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。

在实验构思阶段,国际上曾有7个国家提出了8个方案,最终3个得以实施,大亚湾探测精度最高。

该论文发表后,国际著名科学杂志和媒体发表报道与评论上百篇。《科学》杂志将其评为2012年十大科学突破之一,并称“如果大型强子对撞机的研究人员没有发现标准模型之外的新粒子,那么中微子物理可能是粒子物理的未来,大亚湾的实验结果可能就是标志着这一领域起飞的时刻。”诺贝尔物理学奖得主李政道也曾评价说“这是物理学上具有重要意义的一项重大成就。”

后来,此项成果又获得了2016年度国家自然科学一等奖、2016年度基础物理学突破奖、2019年度未来科学大奖等多个奖项。

不断挑战人类认识的极限

在国际竞争中拔得头筹后,大亚湾实验转向同“自我”较劲,不断提高振荡测量精度。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。

2016年,利用621天的数据量、超过100万个反应堆中微子的事例样本,研究团队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。

一直以来,“反应堆中微子反常”现象困扰着物理学家,即实验上探测到的反应堆中微子数目总是比理论模型预期的少,一种理论解释是部分中微子转变成了“惰性中微子”。

2017年,大亚湾实验利用1230天的实验数据样本测量了中微子事例率和能谱随反应堆核燃料燃烧历史的演化,给出了一个更简单的解释:核燃料中一种成份的中微子产额计算不正确,基本排除了惰性中微子对反应堆中微子反常的解释。

“研究中微子有什么用?”即使大亚湾实验已经取得了一系列的重要成果,王贻芳也常常面临这样的提问。

“中微子是组成自然界的最基本的粒子之一,它对物质的形成和演化有重要意义,为什么会有太阳、地球,又为什么我们能站在这里,或许都和中微子有关。对中微子的认识和研究,挑战着人类认识世界的能力极限。”退役仪式现场,王贻芳说道。

他认为,“我们很难在每个基础研究的工程中考虑应用,有就有,没有就没有。但如果有100个国际领先工程的累积,对我国科学技术的创新就会有很大的推动作用。”

“基础研究的要求实现了,工业界水平就会提高。”王贻芳说,“大亚湾实验超出了我们的预期。”接连取得一系列科研进展和创新成果后,大亚湾实验装置终于完成了使命。据了解,退役后,实验场地将正式移交给中微子实验所在的中广核集团,进行后续的开发利用。

成为国际学术界的领导者

中科院高能物理研究所研究员温良剑来说,大亚湾实验见证着自己科研之路上的成长。

2005年,导师王贻芳给了这个即将准备本科毕业设计的学生两个选择:北京谱仪和中微子,温良剑把自己的选择归结为运气,“当时不知道中微子是什么,听起来可能不错。”就这样,往返于高能所和大亚湾成了他的常态。2010年博士毕业,不少同学都选择出国深造,“国内也有很好的项目和实验条件,为啥一定要出国?”温良剑认为,大亚湾实验是一个有非常好的科学目标、高水平的国际合作平台,留下来也能有所作为。

数年过去,时间给了他最好的答案,他成为了团队中最年轻的研究员,于2016年获得国际纯粹与应用物理学联合会粒子与场分会(IUPAP-C11)青年科学家奖。

“大亚湾实验给青年人提供了成长的机会,这是其最重要的启示。刚开始时没多少人看好,团队也只有3、5个人,逐年累积,现在已经发展到200人左右了。”王贻芳说,“当前我们还没形成自己的造血机制,支持国内的项目要有自己的土壤,不能永远依靠人才引进。”

除人才培养外,大亚湾实验也令国际合作达到了新的高度,最多的时候,近300名来自中国、美国、俄罗斯、捷克等国的科研人员都参与其中。“这是我国愿意融入国际大环境的一个重要表示,过去都是参加别国的大型实验,今后要自己发起、组织、吸引、管理,大亚湾实验是个开端。我们希望成为国际科学界好的参与者,也希望成为大家认可的、好的领导者。”

如今,江门中微子实验接过了接力棒,该实验将致力于测量中微子的质量顺序,并进一步精确测量中微子混合参数,以检测中微子混合的幺正性、寻找新物理,并在超新星中微子、地球中微子、太阳中微子、暗物质寻找、质子衰变等方面做出贡献。

 
版权声明:凡本网注明“来源:中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品,网站转载,请在正文上方注明来源和作者,且不得对内容作实质性改动;微信公众号、头条号等新媒体平台,转载请联系授权。邮箱:shouquan@stimes.cn。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
扭曲晶体中原子振动产生携带热量的自旋波 天文学家观测到新双星系统
我国南极昆仑站泰山站气象站正式业务运行 崖柏:“活化石”植物重获新生
>>更多
 
一周新闻排行 一周新闻评论排行
 
编辑部推荐博文