大亚湾中微子实验开始获数据 将研反物质

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大亚湾中微子实验开始获数据 将研反物质


大亚湾中微子实验开始获数据 将研反物质



北京时间15日15时,大亚湾反应堆中微子实验国际合作组在北京宣布,位于广东大亚湾核电站内的实验装置经过历时4年的建造,在地下100米深、距反应堆仅360米的近点实验大厅内,安装就位的两个中微子探测器已经探测到来自核电站反应堆群的中微子。这标志着大亚湾国际合作组对中微子第三种振荡模式的测量迈出第一步,实验结果很可能会对宇宙中为什么物质多于反物质提供线索。


中微子是一种难以捉摸的基本粒子,质量非常微小,不带电,太阳、宇宙线、核电站等都能产生大量中微子,甚至于人体极为微弱的天然放射性,每天也会产生大量的中微子。它极难被探测,几乎不与物质发生相互作用,可以轻松地穿过人体、建筑,甚至地球,不带来任何影响。中微子有三种类型,或者称之为“味道”,即电子中微子、μ中微子和τ中微子,它们可以通过振荡从一种类型转变成另一种类型。


大亚湾实验是对中微子的第三种振荡模式的测量。在这种振荡模式中,主要由电子中微子组成的混合态转变为主要由中微子组成的混合态。这是最后一个未知的混合角,称为θ13,其数值的大小决定了未来中微子物理研究的发展方向,并且与宇宙中“反物质消失之谜”有关。大亚湾实验的科学家们预计,要实现测量θ13到百分之一的精度的实验目标,大约需要两年的取数时间。


由于科学意义重大,国际上曾先后提出8个实验方案,由于中国科学家提出的大亚湾实验方案具有独特的地理优势和独到的设计,得到国际上的广泛支持,美国能源部放弃支持本国两个实验方案,转而支持美科学家加入大亚湾实验的合作。2006年起成立的大亚湾国际合作组,目前已发展为由来自6个国家和地区的39个研究机构250名研究人员组成,在中国开创出国家、地方与企业共同支持基础科学研究的先河。大亚湾反应堆中微子实验也是中美在基础研究领域规模最大的合作之一,是美国能源部在国外投资第二大的粒子物理实验项目。


“这是一个非凡的成果,来自全球数百位科学家和工程师8年的努力——4年的计划准备和4年的建设。”大亚湾实验合作组发言人、中国科学院高能物理研究所常务副所长王贻芳说,“我们集体努力,建设了一个地下实验装置,探测来自反应堆的中微子,目标是寻找一种新型的中微子振荡并对它进行精确测量。”


“从大亚湾获取的第一批数据使我们可以开始测量这个未知混合角,并最终将振荡幅度测量至1%的精度以内。”来自美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的大亚湾合作组发言人Kam-Biu Luk说道,“这个精度比现在的测量结果高出一个数量级,而且远比正在进行中的其它实验精确得多。实验结果将对解释中微子在宇宙大爆炸后最早的一段时期内基本物质的演化过程中起到的作用、以及为什么今天宇宙中物质比反物质更多做出重大贡献。”


大亚湾实验地理位置优越,紧邻世界上最大的核反应堆群之一,并且紧邻高山,非常适合对13进行精确测量。它通过8个全同的探测器来获取数据,探测器放置在附近山底下的三个地下实验大厅中。


距大亚湾反应堆360米的一号实验大厅最早开始投入运行,距岭澳反应堆约500米的二号大厅今年秋天将开始运行,最远的三号大厅,离核反应堆群约两公里,也会在2012年的夏天开始取数工作。


大亚湾实验是一个中微子“消失”的实验。周围的反应堆产生了海量的电子反中微子。两个近点大厅中的探测器将会测量这些中微子的初始通量,而远点大厅的探测器将负责寻找预期中的通量减少。


每个中微子探测器为直径5米,高5米的圆柱形,装满透明的液体闪烁体,总重110吨。当捕捉到中微子时,液体闪烁体将发出微弱的闪光。高灵敏度的光电倍增管安装在探测器的内表面,放大并记录这些闪光。



相比反应堆每秒钟产生的无数中微子而言,近点实验大厅中的两个探测器只能捕捉到极小的一部分,大约每天一千多个。而位于远点实验大厅的4个探测器,由于距离较远,每天只能探测到几百个。为了测量中微子混合角13,实验需要准确记录远、近探测器的通量差别和能量分布。


实验大厅位于深山底下,以屏蔽宇宙线,同时,探测器放置在水池之中,以屏蔽周围岩石层的放射性。尽管有这些屏蔽,一些高能量的宇宙线依然可以穿山而入。这时,装在水池墙上的光电倍增管和水池顶上的子探测器会记录下这些宇宙线的轨迹,并从中微子数据中排除掉。


中国与美国领导了大亚湾反应堆中微子实验,同时还包括来自俄罗斯、捷克、中国香港和台湾的合作者以及中国内地15个科研院所和院校参与实验。中方由来自中科院高能所王贻芳任项目经理,美方由来自劳伦斯伯克利国家实验室的比尔爱德华兹任项目经理、布鲁克海文国家实验室的史蒂夫科特尔任首席科学家。(完)


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