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中微子 曾以前所未有的精度發(fā)現(xiàn)中微子振蕩新模式，大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗裝置退役

中微子 曾以前所未有的精度發(fā)現(xiàn)中微子振蕩新模式，大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗裝置退役
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解放日報?上觀新聞報道：在熱烈的掌聲中，中科院高能物理所所長王貽芳院士，按下了大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗裝置停止運(yùn)行的按鈕，實驗大廳的水池外罩被打開，展現(xiàn)出沉浸在碧藍(lán)色高純水中的4個中微子探測器。
中微子 曾以前所未有的精度發(fā)現(xiàn)中微子振蕩新模式，大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗裝置退役
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大亞灣實驗的探測器
2020年12月12日，大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗（以下簡稱“大亞灣實驗”）裝置正式退役。至此，這個自2003年開始，經(jīng)過4年醞釀、4年建設(shè)和9年運(yùn)行取數(shù)的中微子實驗裝置，實現(xiàn)了原定科學(xué)目標(biāo)，完成了科學(xué)使命。
【每秒鐘都有億萬個中微子穿過我們的身體】
中微子是宇宙中最古老、數(shù)量最多的物質(zhì)粒子，從宇宙誕生的大爆炸起就充斥在整個宇宙空間。太陽、地球、超新星、宇宙線、核反應(yīng)堆，甚至人體都在不停地產(chǎn)生中微子，每秒鐘都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(fā)生反應(yīng)，甚至可以輕松穿過整個地球。十幾年前，通過對太陽中微子和大氣中微子的研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，中微子有一個神奇的特性，能夠在飛行中從一種類型轉(zhuǎn)變成另一種，即“中微子振蕩”，這兩位中微子實驗的科學(xué)家被授予了2015年諾貝爾物理學(xué)獎。
大亞灣和嶺澳核電站共有6個反應(yīng)堆，總功率位居世界前列，每秒鐘產(chǎn)生的中微子多達(dá)35萬億億個，同時附近有山，適合建地下實驗室探測中微子。2003年，科學(xué)家們利用這一得天獨厚的條件提出了大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗方案，首次提出了多模塊探測器的方法，設(shè)計了3個實驗站和8個中微子探測器。該方案得到了國際上的廣泛關(guān)注與贊同，美國能源部支持十多個美國國家實驗室和大學(xué)參加大亞灣實驗。
2006年2月，大亞灣國際合作組宣布成立，共有7個國家和地區(qū)，41個科研機(jī)構(gòu)的200多名科研人員參與。
2007年10月，大亞灣中微子實驗破土動工，開始隧道、實驗廳以及探測器的建造。
中微子 曾以前所未有的精度發(fā)現(xiàn)中微子振蕩新模式，大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗裝置退役
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大亞灣實驗布局圖
大亞灣實驗由中科院高能物理研究所主持，是中美兩國在基礎(chǔ)研究方面最大的國際合作項目，中方承擔(dān)全部實驗室建設(shè)和一半的探測器研制，美方承擔(dān)約一半的探測器研制，俄羅斯、捷克、中國香港和中國臺灣都對實驗建設(shè)和科學(xué)研究做出了重要貢獻(xiàn)。
【對物質(zhì)世界的基本規(guī)律有了新的認(rèn)識】
2012年3月8日，大亞灣實驗國際合作組宣布發(fā)現(xiàn)了一種新的中微子振蕩，并以前所未有的精度，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(fā)現(xiàn)對于研究物質(zhì)本原和宇宙起源，理解宇宙中反物質(zhì)消失之謎具有重要意義，在國際高能物理界引發(fā)了強(qiáng)烈反響，諾貝爾物理學(xué)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(xué)》雜志2012年度十大科學(xué)突破，獲得了2016年度“基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎”和2016年度國家自然科學(xué)一等獎。
此后，大亞灣實驗繼續(xù)高質(zhì)量運(yùn)行，獲得了豐碩成果。目前已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(yù)期最終精度將好于3%。
大亞灣實驗也精確測量了反應(yīng)堆中微子能譜，發(fā)現(xiàn)與理論模型相比，存在兩處明顯反常，未來需要進(jìn)一步研究。此外，大亞灣實驗給出了低質(zhì)量區(qū)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。
大亞灣實驗使我們對物質(zhì)世界的基本規(guī)律有了新的認(rèn)識，該實驗發(fā)現(xiàn)的中微子振蕩振幅比預(yù)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(shè)，包括中國的江門中微子實驗、美國的“沙丘”實驗和日本的頂級神岡實驗。江門中微子實驗裝置預(yù)期2022年完成建設(shè)，在不遠(yuǎn)的將來，它將揭開中微子質(zhì)量順序的謎底，并在中微子振蕩參數(shù)的精確測量、天體中微子、地球中微子、新物理尋找方面取得國際領(lǐng)先的科學(xué)成果。
欄目主編：黃海華 本文作者：黃海華 文字編輯：黃海華 題圖來源：新華社 圖片編輯：笪曦
【 中微子|曾以前所未有的精度發(fā)現(xiàn)中微子振蕩新模式，大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗裝置退役】文中圖片由采訪對象提供

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