中科院副院长阴和俊(左三)、广东省副省长陈云贤(左四)、在高能所所长王贻芳(左二)陪同下参观江门中微子实验建设现场(资料图)
快马加鞭未下鞍
尽管“幽灵”粒子颇为神秘,但是我国科学家追逐它的步伐不曾放缓。江门中微子实验就是一个很好的例证。
大亚湾实验发现新的振荡模式后,科学家们迅即踏上了新的征途。通过反复比较物理发现能力,2012年8月,原名大亚湾二期实验的江门中微子实验确定阳江、台山核电站附近的江门市为最佳站址。
2013年2月,江门中微子实验列入先导专项A类。同年6月10日,由白春礼领衔、200多位专家历时一年多深入研究推出的《科技发展新态势与面向2020年的战略选择》报告发布。该报告提出,江门中微子实验工程重点是新建一个大型的高精度中微子实验站,研究反应堆中微子振荡。
经过详细的地质勘探和测量,实验站确定落户江门开平市金鸡镇和赤水镇交界处打石山一带。建成后,该实验室将是国内跨度和土石方量最大的地下洞室。
2014年7月,该实验组建了国际合作组,有中国(包括台湾地区)、捷克、芬兰、法国、德国、意大利、俄罗斯等国家和地区的45个研究单位的320多位研究人员正式参加实验。另外,还有美国等5个国家的十几个研究单位准备加入。
“该实验的首要科学目标是利用反应堆中微子振荡确定中微子质量顺序,对于人类了解物质微观的基本结构和宏观宇宙的起源与演化具有重要意义。”在江门中微子实验启动建设仪式上,实验国际合作组发言人、中科院高能所所长王贻芳表示。
该实验站将建在地下729米深处,计划于2020年投入运行并开始物理取数,运行至少20年。实验建造的中微子探测器将是世界上能量精度最高、规模最大的液体闪烁体探测器。这一实验的启动,标志着我国中微子实验研究从起步到跨越的转变。
目前除了江门中微子实验外,日本、美国、欧洲、印度、韩国等5个国家和地区还有7个实验正在计划进行中微子质量顺序的研究。王贻芳说:“江门中微子实验凭借我国领先的液体闪烁探测器技术和反应堆中微子物理,提出了原创性的实验方案,有望率先测定中微子质量顺序。”
剑指国际前沿热点
中微子是一种不带电,质量极其微小的基本粒子,共有三种类型,即电子中微子、μ中微子和τ中微子。在目前已知的构成物质世界的12种基本粒子中,其占了四分之一,在微观的粒子物理和宏观的宇宙起源及演化中都扮演着极为重要的角色。
中微子有质量,是目前发现的唯一有坚实实验证据超出粒子物理标准模型的现象,对它的研究有可能发现新物理。大亚湾反应堆中微子实验发现中微子第三种振荡模式后,国际中微子研究的下一个热点目标是测量中微子质量顺序。物理灵敏度分析表明,进行这一研究的最佳实验站址在距反应堆50~55公里,且与所有反应堆距离相等的区域内。江门中微子实验站距广东阳江和台山反应堆群约53公里,是世界上目前发现的最适合利用核反应堆测量中微子质量顺序的地方。
阳江核电站共有6个反应堆,已全部开建或建成,总热功率为17.4GW。台山核电站共规划4个反应堆,两个在建,总热功率为18.4GW。阳江与台山核电站有效的反应堆群功率世界第一。
王贻芳表示:“江门中微子实验瞄准国际中微子研究领域目前的热点问题:中微子质量顺序测量。”它是中微子的内禀属性之一,决定了中微子的味结构,是所有粒子物理模型都必须面对的问题。它直接影响中微子振荡几率和中微子与物质的相互作用,因此在宇宙演化、太阳及超新星中微子的产生与传播、各种长基线中微子振荡等有重要影响。它是测量中微子绝对质量的前提,还将决定另一类极为重要的实验——无中微子双贝塔衰变实验的未来发展方向。
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