2019年10月01日 星期二
中微子探测

    团队使用6个探测器,论证4年,施工3年,安装实验设施1年,提取数据55天,分析只用半个月,进度神速,领先全球。

    捕获变身“幽灵粒子”

 

    2012年3月8日,中科院高能物理研究所(以下简称中科院高能所)的报告大厅里,所长王贻芳宣布,布局于大亚湾的中微子实验装置,成功地发现了中微子的第三种振荡模式,大厅里掌声雷动!随后,贺电与欢呼声从世界各地飞来。此次实验的成功,被称为新中国成立以来最重大的实验物理成就。

    中微子被称为“幽灵粒子”,是一种难以捉摸的粒子。它在飞行过程中,会从一种类型变身为另一种类型,共有3种变身方式。21世纪初,随着国际上开始看好中微子研究前景,俄、法、美、日、韩等国相继提出8个测量“中微子第三种振荡”的方案。

    中科院高能所科学家王贻芳、曹俊等人在2003年拿出自己的人才基金,开始筹备中国的中微子实验装置。中国团队在深圳大亚湾核电站边的花岗岩山体内挖掘山洞,在隔绝宇宙射线干扰的环境中,测量核反应生成中微子。与当时国际路线不同,他们要做几个小的、模块化的探测器,便于实验中远近点交换,而且仪器运进山洞不需宽大隧道,便于施工。

    同一实验厅放置2—4个全同探测器进行对比测量,这个方案曾被美国合作方质疑,但最后证明了中国人的想法大胆而正确。

    实验中关键的“闪烁液体”,是中科院高能所自己研发配制的。要让钆与烷基苯混合起来,长期透明,很难。在法国同类实验中,液闪100天就浑浊了,实验被迫终止。大亚湾的科学家经过几年摸索,才把液闪配方的稳定流程搞清楚。他们掺入0.1%的稀土元素,缩短了中子的俘获时间同时降低了噪声。

    实验开始后,每天数据多达250GB,同时传输到中科院高能所和世界各合作单位,而中方的分析是最快的,最终结果采用了中方的分析。曹俊说,这归功于中方预先开发分析软件,并模拟演练。2011年,日、美、法等国相继发布了中微子第三种震荡的“迹象”。为首先撞线,大亚湾中微子实验团队果断改变8个探测器的方案,使用6个探测器,论证4年,施工3年,安装实验设施1年,提取数据55天,分析只用半个月,大亚湾进度神速,领先全球。

    改革开放后,国家高度重视基础物理研究与国际交流。1988年,北京正负电子对撞机正式建成并成功实验;2009年它经过改造,可以进行同步辐射等实验;江门中微子实验等装置也在施工当中,探索粒子奥秘的路上,中国身影将越来越多。

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