今天，這個大科學裝置光榮「退役」

2020-12-12 經濟日報

12月12日，一年一度的購物狂歡節。

當千千萬萬的「剁手族」沉浸於「買買買」帶來的購物快感時，深圳大亞灣核電站內的北部山地，「安坐」在深藍色的超純水中的8個中微子探測器，在圓滿完成它的科學使命後，正式退役。

圖為大亞灣實驗的探測器/圖片由中科院提供

神秘粒子

在國際上首次發現中微子振蕩新模式；尋找惰性中微子……

這座在地下「潛伏」已久的實驗室，自成立之初就有一個明確而清晰的目標——探測核反應堆產生的中微子。

這是一個來自何方的神聖？關於它，科學界曾經知之甚少，如今正一點點撥開迷霧。

目前已經達成的共識是：

中微子是宇宙中最古老、數量最多的物質粒子，以接近光速運動；

太陽、地球、超新星、宇宙線、核反應堆，甚至人體都在不停地產生中微子；

每秒鐘會有億萬個中微子穿過我們的身體，但無法察覺，它幾乎不與任何東西發生反應，甚至可以輕鬆穿過整個地球，被稱為宇宙間的「隱身人」。

看不見、摸不著，如此神出鬼沒，科學家們緣何對其情有獨鍾？答案是：中微子身上可能背負著宇宙的很多秘密。

比如，這種神秘粒子從宇宙誕生的大爆炸起就充斥在整個宇宙空間，無處不在，平均每立方釐米就會有300個，與宇宙的起源和演化有著千絲萬縷的聯繫。

再如，科學家們認為，中微子很可能與宇宙中「反物質消失之謎」有關。

於是，揭開籠罩在中微子頭上的神秘面紗，成為近年來物理學界的一個研究方向。其中，科學家們十分關注的一個科學問題是，中微子到底有沒有質量。

隨著研究的深入，上述爭議有了定論。

十幾年前，通過對太陽中微子和大氣中微子的研究，有科學家發現，中微子還有一個神奇的特性，即能夠在飛行中從一種類型轉變成另一種，這就是著名的「中微子振蕩」現象。

該現象表明：中微子無論多小都具有質量，這是粒子物理學的歷史性發現。

因為這一重要發現，兩位中微子實驗的科學家被授予2015年諾貝爾物理學獎。

中國突破

仰望星空，探索宇宙，中國不甘落後，亦具備得天獨厚的條件。

在我國廣東省的大亞灣，坐落著核反應堆群，每秒鐘產生的中微子多達35萬億億個，同時，這裡依山傍海，適合建地下實驗室屏蔽宇宙線，是開展反應堆中微子實驗極佳的地方。

就這樣，經過4年醞釀、4年建設，大亞灣中微子實驗室很快落成。這是一個研究基本粒子物理的實驗設施，主要目標是利用核反應堆產生的電子反中微子尋找一種新的中微子振蕩，並精確測量該振蕩的機率。

圖為大亞灣實驗布局圖／圖片由中科院提供

時光不負情深。

2012年3月8日，大亞灣實驗國際合作組宣布發現了一種新的中微子振蕩，並以前所未有的精度，測得其振蕩大小為0.092，誤差為0.017，無振蕩的可能性僅為千萬分之一。這一重大發現對於研究物質本原和宇宙起源，理解宇宙中反物質消失之謎具有重要意義。

也在國際高能物理界引發了強烈反響。諾貝爾物理學獎獲得者李政道、卡羅•魯比亞等國際知名專家第一時間表示祝賀。

該實驗成果入選美國《科學雜誌》2012年度十大科學突破，獲得了2016年度「基礎物理學突破獎」、2016年度國家自然科學一等獎、2019年度未來科學大獎等多個獎項。

從此，中國的中微子研究從無到有，跨入了國際先進行列。

而這只是個開始。

將中微子振蕩振幅的測量精度從2012年的20％提高到了3.4％，預期最終精度將好於3％，在未來幾十年，該精度不會被其他實驗超越；

精確測量了反應堆中微子能譜，發現與理論模型相比，存在兩處明顯反常，未來需要進一步研究；

給出低質量區惰性中微子最好的限制，基本排除了之前兩個美國實驗給出的這個假想新粒子的存在空間……

「實驗成果超乎預期。」中國科學院院士、大亞灣中微子實驗項目負責人王貽芳坦言。

他說，大亞灣中微子實驗使我們對物質世界的基本規律有了新的認識，該實驗發現的中微子振蕩振幅比預期要大得多，為未來中微子研究指明了方向。新一代的大型中微子實驗裝置因此得以開始建設，包括美國的「沙丘」實驗和日本的頂級神岡實驗。

歲月不居，時節如流。轉眼間，大亞灣中微子實驗裝置走到了「暮年」：當初按照最高標準建造的儀器設備，現圓滿完成任務，光榮「退休」。

但向著科學的高峰努力攀登，如今中國新一代的大型中微子實驗裝置——江門中微子實驗，預期2022年完成建設。

在不遠的將來，它將接過「先輩」的接力棒，揭開中微子質量順序的謎底，並在中微子振蕩參數的精確測量、天體中微子、地球中微子、新物理尋找方面，續寫新的傳奇。

來源：經濟日報經點科學工作室

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