点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:中微子实验:大亚湾功成身退,江门接棒前行
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

中微子实验:大亚湾功成身退,江门接棒前行

来源:科技日报2021-05-25 09:32

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  运行了3275天11小时43分0秒后,2020年12月12日,深圳大亚湾核反应堆群1600米外、藏在百米高花岗岩山体腹中的大亚湾中微子实验装置,被按下了停止键。中国科学院高能物理研究所所长、中国科学院院士王贻芳宣布:“实验圆满完成科学任务,正式退役!”

  大亚湾中微子实验的句号,并不是我国中微子研究的终点。250公里外,新的“接棒者”——同在广东的江门中微子实验,正在如火如荼的建设中。江门中微子实验装置建成后,必将勇攀世界中微子研究高峰,续写我国中微子研究的辉煌。

  寻找第三种振荡模式,7国提出8个实验方案

  中微子是一种不带电、质量极其微小的基本粒子,有人形象地将其比作基本粒子中的“隐士”。与夸克、带电轻子等基本粒子相比,中微子性质独特,它们几乎不与任何物质发生相互作用,不容易被捕捉到。因此,中微子是人类迄今了解最少的一种基本粒子,存在着诸多未解的谜题。

  “对中微子未知问题的研究,不仅将完善我们对物质世界最基本规律的认识,而且很有可能导致对现有粒子物理论体系——标准模型的突破,从而踏入新物理世界的大门。”中国科学院高能物理研究所副所长曹俊告诉科技日报记者。

  21世纪初,中微子成为高能物理学的宠儿。中微子研究蓬勃发展,不仅成为粒子物理最重要的分支之一,而且还扩展到天文学、宇宙学、地球物理等多个学科,形成了“中微子科学”。同时,中微子的实验研究也取得了许多重大发现, 包括发现三种中微子、发现来自天体的中微子、发现中微子振荡等。

  中微子有一个特殊的性质,那就是它们经常“变身”,从一种类型转变成另一种类型,即中微子振荡。

  原则上,三种中微子之间相互“变身”,两两组合,应该有三种模式。其中两种模式分别在上世纪60年代、80年代即有迹象,当时称作“太阳中微子之谜”和“大气中微子之谜”。1998年日本的超级神冈实验正式发现了大气中微子振荡,随后太阳中微子振荡也被多个实验证实。

  “然而,第三种中微子‘变身’模式一直未被发现,甚至有理论预言其根本不存在。”曹俊说。

  由于科学意义重大,2003年起,俄罗斯、法国、美国、日本、韩国等7国相继提出8个相似的中微子实验方案。中国科学院高能物理研究所的科研人员也在这一年提出设想,利用我国大亚湾核反应堆群产生的大量中微子,来寻找中微子的第三种振荡模式。

  稳妥推进装置建设,创造安全爆破世界纪录

  那时,王贻芳和曹俊都觉得,中微子实验研究蕴含着获得重大物理发现的机遇。

  “全世界的粒子物理学者都在寻找第三种振荡模式,中国绝不能错失这次机会,应该积极参与其中,提出自己的实验方案,或许这个重大突破就是我们的。”曹俊微笑着说。

  为了实现中微子研究梦,王贻芳和曹俊拿出了自己获得的人才基金,加上中国科学院高能物理研究所特批的100万元,开始了中微子实验的选址勘测工作。

  看到大亚湾核电站旁边的排牙山后,这群物理学家难掩心中喜悦。“核电站反应堆群总功率很高,可以放出海量的中微子,供实验测量;排牙山几百米厚的山体可以隔绝宇宙射线的干扰,这大概是全世界最好的实验点。核电站旁边有这样一座小山,可以说,这是上天眷顾中国高能物理学界。”曹俊感慨道。

  不久后,由中国科学院高能物理研究所提出的大亚湾中微子实验方案,就因具有地理优势、设计独特,取得了国际上的关注。美国能源部还放弃了支持本国的两个实验方案,转而支持美国科学家加入大亚湾中微子实验。

  然而,中微子实验选址过程却并非一帆风顺。“我们找大亚湾核电站时,他们内部对于我们做实验是有分歧的,协调过程并不容易。”曹俊说。

  分歧的焦点就是安全。

  中微子实验需要开山,但爆破引起的震动对反应堆来说是个极大的考验。一旦出现超过标准的震动,所有反应堆都会自动停机,对整个电网的冲击很大。为确保万无一失,项目批准时定下的震动标准是国标的1/10,到了现场又“打了7折”。

  施工方曾把大亚湾中微子实验装置的建设过程,比喻成“绣花”。以施工方的实力,一个月掘进150到200米不成问题,但在核电站旁边施工,刚开始时,7到8天才能推进1米。

  在这样的“精雕细刻”下,该工程2259次爆破无一超标,创造了核岛近距离安全爆破的世界纪录。

  果断修改实验计划,争分夺秒抢发成果

  经过4年酝酿论证、3年施工和1年安装实验设施,2011年12月24日,大亚湾中微子实验终于开始运行。此时,韩国的中微子实验——RENO实验已经进行了4个月。

  为了抢在竞争对手前获得可靠的物理结果,我国项目组果断调整实验计划,将实验分为两个阶段,改变原先使用8个探测器的方案,以6个探测器提前积累数据。

  功夫不负有心人。2012年3月8日,王贻芳宣布:大亚湾中微子实验取得了重大突破——成功发现中微子的第三种振荡模式,并测量到其振荡几率。

  消息发出后,世界著名物理学家李政道当即发来贺信,称这一结果是“物理学上具有重要基础意义的重大成就”。世界各大粒子物理实验室也纷纷盛赞大亚湾实验取得的成果。该成果入选《科学》杂志评选的“2012年度十大科学突破”,并被国外同行誉为“中国有史以来最重要的物理学成果”。

  “这一成果确实是我们‘抢’出来的,如果不是各方面夜以继日地工作,我们不可能率先发布。”曹俊说。

  回忆起当时的情景,曹俊至今记忆犹新。在2012年的头两个月里,科学家开始了紧锣密鼓的数据获取、分析工作。“在实验还没有正式运行前,1号实验厅就已经产生了很多数据,我们用这些数据‘看懂’了探测器,建立好了数据分析方法。更早以前,从2010年开始,我们就用模拟软件产生假数据,进行反复练习,为日后正式的物理分析做准备。”曹俊说。

  为了赶时间,很多工作都是同时进行的,包括设备安装和调试、模拟分析等。

  那时,为了尽快把成果发布出来,曹俊还制订了一个计划。“为使工作能被高效推进,我们预先把所有节点时间都计算好,比如何时把文章投给杂志、何时给杂志回信、何时文章会被交至电子预印本文库等,从而使全世界的同行都能看到我们具体的实验细节。算好这些以后,我们才准备开成果发布会。”曹俊说,正是有了这个基础,大亚湾中微子实验的成果发布才比韩国RENO实验快了25天。

  “接棒者”明年建成,瞄准中微子质量顺序测量

  2020年12月12日,大亚湾中微子实验装置正式退役。

  谈到大亚湾中微子实验的退役,王贻芳解释说,大亚湾中微子实验已经运行了9年,当时的科学目标已经实现,中微子振荡振幅的测量精度已经不可能再有显著提高,设备继续运行的科学价值变小,只是浪费金钱和时间。

  大亚湾实验停止运行,并不意味着我国中微子研究随之停止,一个更为先进、规模更大的江门中微子实验正在建设当中。

  研究人员正在建造一个全世界最大的液体闪烁体探测器来继续捕捉中微子。这个探测器的主体是一个有12层楼高的有机玻璃球,里面装有2万吨液体闪烁体。这是迄今为止中国最复杂的高能物理实验装置,预计将在2022年建成。

  “江门中微子实验装置的地下隧道建设工程已经基本完成,设备安装准备工作基本就绪,关键部件将于今年下半年开始安装,明年才能全部装完。”王贻芳透露。

  那么,大亚湾中微子实验和江门中微子实验有什么不同?王贻芳解释道,两个实验虽然都是研究中微子,但具体科学目标完全不同。大亚湾中微子实验的科学目标是利用核反应堆产生的中微子来测定中微子第三种振荡模式,而江门中微子实验是要实现对中微子质量顺序和中微子振荡参数的精确测量。

  “中微子的质量是自然界的基本参数,影响宇宙的演化进程。知道了质量顺序,可以为确定中微子质量和其他研究铺路。”王贻芳说。

  此外,发现超新星遗迹中微子也是江门中微子实验的一个重要目标。理论模型预言,宇宙中弥漫着大量的由于超新星爆发而产生的中微子。“经过估算,我们觉得江门中微子实验有可能率先发现超新星遗迹中微子。同时,我们也希望在江门中微子实验的科学生命周期之内,等到一次超新星爆发,这样我们就能捕捉到上千个超新星中微子。”王贻芳说。(陆成宽

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 中美“乒乓外交”55周年纪念大会暨中美青少年体育交流系列活动启动仪式在京举行

  • 长沙举行首届中药农业博览会

独家策划

推荐阅读
我们并不缺成果、人才与产业雄心,真正要补上的,是那批能将成果带过“最后一公里”的人
2026-04-10 14:38
春风送暖,踏青正当时,但接连不断的喷嚏、鼻痒、眼痒等过敏症状,却让不少人的春日心情打了折扣。
2026-04-10 10:30
“四月不减肥,五月徒伤悲。”春暖花开,网上晒运动、轻食的人多了起来。不少人把减重当作迎接春天的第一件事,尤其对很多女性而言,拥有理想身材的第一步就是减重。
2026-04-10 10:28
9日,国家卫生健康委、中央社会工作部、中央政法委等25部门联合印发《健全社会心理服务体系和危机干预机制实施方案》,部署5方面18项主要任务,明确到2030年基本健全覆盖全人群、全生命周期的社会心理服务体系和危机干预机制。
2026-04-10 09:56
新华社北京4月9日电第十四届全国人民代表大会第四次会议通过了《中华人民共和国生态环境法典》,法典单行本已由人民出版社出版,即日起在全国新华书店发行。
2026-04-10 09:56
就说春耕:老把式一手扶犁,一手扬鞭,汗水顺着脊背往下淌……  再看今朝:铁牛代替了水牛,无人机施肥撒药,手机指挥收割浇水,早已不再是新闻。相信随着越来越多的新技术、新方法走进田野,干农业会越来越安逸,农业这碗饭会越来越有嚼头。
2026-04-10 09:56
人工智能时代,我们如何更好就业创业?如何推动人工智能与就业创业深度融合?第四期光明智库民生论坛,我们邀请专家共同探讨人工智能时代的就业创业这一新课题。
2026-04-09 10:28
2026年的智能驾驶行业,正经历一场意味深长的路线分化。
2026-04-09 10:24
在贵州,无人机的身影成为山地农业的新风景,展现出通用航空业赋能山地农业高质量发展的广阔前景。
2026-04-09 10:12
碳排放看不见、摸不着,却关乎每一场国际气候谈判、每一笔碳关税账单。
2026-04-09 10:09
人工智能在延伸人类能力的同时,也深刻改变着就业创业形态和劳动力市场结构。我们既拥抱着技术进步带来的无限可能,也要理性审视挑战、主动适应变革。
2026-04-09 10:08
构建“科研—科普—科创”融合闭环,让科普全程嵌入新质生产力培育链条,方能破解成果转化低效、创新协同不足等突出问题。
2026-04-09 10:02
从实验室到田间地头,辽宁省农科院为科研院所、高校、种业企业等单位提供种质资源共享服务,打通种质资源转化的“最后一公里”,让良种真正走进千家万户。
2026-04-09 09:50
北京大学先进制造与机器人学院刘珂课题组与杨林课题组合作,从折纸艺术中获得灵感,成功实现了无需外部输入的电子器件智能温度控制,相关指标刷新世界纪录。
2026-04-09 09:47
最近,中国海洋大学教授、青岛海洋生物医药研究院首席科学家于广利远赴智利,只为一株南极褐藻。2014年,青岛海洋生物医药研究院正式运行,BG136成为其孵化的第一个海洋新药项目。
2026-04-08 09:51
4月7日,贵州省贵阳市,北京积水潭医院贵州医院医生在指导患者进行脑机接口康复训练。信息多跑路、群众少跑腿的背后,是西青区紧密型医共体数据互通共享,让信息实时对接、问题协同处置。
2026-04-08 09:49
绿色获得感,源自对优美生态最直观的感受,是看得见、摸得着的民生福祉。绿色获得感,源自生态与产业共促,让绿水青山成为富民兴业的金山银山。绿色获得感,源自城乡融合发展,让良好生态空间全民共享。
2026-04-08 09:44
2月5日,自然资源部组织的中国第42次南极考察队在东南极麒麟冰下湖区域,成功完成我国首次南极冰层热水钻探试验,突破国际极地热水钻探2540米的最深纪录,标志着我国具备在90%以上的南极冰盖和全部北极冰盖开展钻探研究的能力。
2026-04-08 09:43
当前,我国已进入中度老龄化阶段,失能、失智、高龄老年人逐年增多,养老服务需求呈现专业化、多样化、个性化特征。
2026-04-08 09:41
黄色的花在春天更早绽放,是植物经历数亿年的自然进化形成的一系列生存策略。
2026-04-07 10:29
加载更多