2020年12月12日,中國大亞灣反應堆中微子實驗裝置成果完成所有實驗項目,正式宣布退休。在這座實驗裝置上實現了中國第一次在本土由中國人引領的基礎物理學學術突破,在中國的近代物理學研究上具有裡程碑式的意義。在大亞灣進行的關於中微子振蕩模式的研究,不僅在國內獲得了國家科學技術一等獎,並且在同年獲得了國際範圍內的科學界第一巨獎——「基礎物理學突破獎」,光是獎金就達到300萬美金。
想要理解大亞灣反應堆中微子實驗裝置的意義,我們要從宇宙中神秘消失的反物質說起。早在1932年,美國物理學家卡爾通過實驗證明了宇宙中存在著正電子,這種粒子能與電子成對地產生湮滅。通過E=MC^2的質能方程,我們可以得知物質直接消失時會釋放出極大的能量。相比之下,在核聚變和核裂變過程中消失的僅是分子中的一小部分,而在正反物質相碰的完全消失過程中釋放能量相當於相同質量下的核聚變的50倍左右。在當時,英國物理學家迪拉克認為從宇宙大爆炸初期開始,宇宙範圍內的正物質與反物質的數量應該是相同的,也就是說我們的宇宙至少有一半是由反物質組成。但是實際上在當下的天文觀測中,我們只關注到了極少量的正電子、反物質和反中子,並沒有發現迪拉克所預言的由反物質構成的原子。這就是物理學上著名的「反物質消失之謎」。
為了尋找這些消失的反物質,世界各國進行了大量的研究工作。科學家們在後期的研究中發現,雖然我們沒有辦法直接觀測反物質,但是正反物質相遇時的湮滅過程會產生若干帶電以及中性的Pi介子。 Pi介子在後期的衰變中會形成伽馬光子,電子、正電子、中微子及反中微子。通過對中微子的檢測,我們可以獲得在可觀測範圍內的曾經發生過正反物質湮滅的信息。從而確認原初的反物質究竟是如何消失,為將來可能的人工製造反物質及人工利用反物質能源完成理論上的準備。
中國在2006年啟動了大亞灣中微子實驗項目,這一項項目由中國美國,俄羅斯,捷克等6個國家和地區30多家研究單位190多名研究人員集體參加。但是其中以王貽芳為代表的中方科學家,始終緊緊把握了實驗的主導權,並且具有實驗數據的最終解釋權。大亞灣裝置,經過三年建設、一年安裝、和四年的調試任務之後,2011年底大亞灣探測器準備就緒。但是就在各國科學家準備在大亞灣大展拳腳之時,在2011年上半年日本的T2K中微子實驗發表了關於一項中微子的重要測量結果。這時所有的探測團隊都面臨著極大的壓力,因為他們必須將探測的結果做得更加精準,否則整個投入了數億元的大亞灣試驗裝就將毫無意義。
隨著實驗的正式開始,試驗團隊發現有中國提出的在同一實驗廳內放置2~4個中小型探測器同時進行對比檢測的方法,相對於傳統的是用一個大型探測器的檢測方法,具有不可替代的優越性。再加上中國基建能力的強大,裝備大廳完成建設之後,美國科學家表示中國的建設水平完全是無可挑剔的。集合這兩大優勢,在裝置進入使用了55天後,王貽芳和他的團隊就獲得了新的中微子振蕩模式,將日本測量的2.5個標準偏差置信度的測量結果,提升到了5.2個標準偏差的執行度。當時參與大亞灣科學研究的外國學者表示,這是中國本土迄今為止最重要的物理學成果。
隨著大亞灣一期實驗項目的結束,大亞灣二期實驗主要研究利用反應堆中位置震蕩,確定中位子質量順序實驗也圓滿成功,目前大亞灣反應堆的中微子試驗裝置完成科學使命成功退役。這項實驗裝置和他所進行的實驗,在物理學界是一項有望衝擊諾貝爾物理學獎的重大實驗成果。但是中國對於物理學的突破並沒有止步於此,隨著新一代的江門中微子實驗平臺預計在2022年完成建設投入使用,中國將繼續在理論物理學的最前沿,不斷進取,不斷突破。為揭示世界最基本的運行規律,留下中國人不可磨滅的名字。