大亞灣實驗發現新的中微子振蕩

遠廳三個探測器

　　大亞灣中微子實驗國際合作組3月8日下午在北京宣布，大亞灣中微子實驗發現了一種新的中微子振蕩，并測量到其振蕩幾率。

　　中國物理學會理事長、中科院院士、中科院副院長詹文龍評價說：“該發現不僅使我們更深入了解了中微子的基本特性，也使我們知道未來中微子物理發展有一個光明前景，可以較為容易地建造下一代中微子實驗來尋找中微子振蕩中的宇稱及電荷對稱性破壞（CP破壞），并搞清楚不同種類中微子的質量順序。”

　　中微子是一種不帶電、質量極其微小的基本粒子，共有三種類型，即電子中微子、μ中微子和τ中微子，在目前已知的構成物質世界的12種基本粒子中，占了四分之一。其在微觀的粒子物理和宏觀的宇宙起源及演化中同時扮演著極為重要的角色。

　　據專家介紹，太陽在發光的同時，也放射出大量的中微子，每秒鐘有上百萬個太陽中微子自由地穿透我們的身體。

　　中微子有一個特殊的“脾性”，即它可以在飛行中從一種類型轉變成另一種類型，通常稱為“中微子振蕩”。

　　原則上三種中微子之間相互振蕩，兩兩組合，應該有三種模式。其中兩種模式自上世紀60年代起即有跡象，當時稱作“太陽中微子之謎”和“大氣中微子之謎”。電子中微子與μ中微子組合產生“太陽中微子之謎”；而μ中微子和τ中微子振蕩產生“大氣中微子之謎”。

　　1998年日本的超級神岡實驗正式發現大氣中微子振蕩，隨后太陽中微子振蕩也被多個實驗證實。然而，電子中微子和τ中微子的振蕩一直未被發現，甚至有理論預言第三種振蕩根本不存在，即其振蕩幾率為零。

　　中國科學院高能物理研究所的科研人員2003年提出設想，利用我國大亞灣反應堆群產生的大量中微子，來尋找中微子的第三種振蕩，其振蕩幾率用sin22θ13表示。

　　據悉，國際上在2003年左右先后有7個國家提出了8個實驗方案，最終進入建設階段的共有3個，包括中國的大亞灣實驗、法國的Double Chooz實驗和韓國的RENO實驗。

　　其中，大亞灣實驗率先在2010年12月完成核電站附近的全部爆破任務，2011年中逐步完成了探測器的建造與安裝，2011年8月開始近點取數，12月24日開始遠近點同時運行。

　　此次報告的結果即來自第一階段（2011年12月24日起至2012年2月17日）6個中微子探測器的數據。科研人員經過夜以繼日的努力，完成了實驗數據的獲取、質量檢查、刻度、修正和數據分析。結果表明，sin22θ13為9.2%，誤差為1.7%，以超過5倍的標準偏差確定sin22θ13不為零，首次發現了這種新的中微子振蕩模式。相關論文已送交美國《物理評論快報》發表，其預印本已在網上發表。

　　記者了解到，大亞灣中微子項目是以我國為主的國際合作，除我國內地100多位來自中科院高能所、清華大學、上海交通大學等科研單位的學者外，還有來自美國、俄羅斯、捷克及我國香港、臺灣地區的科學家參加。

　　中國高能物理學會理事長、中科院院士趙光達表示，θ13不僅是物理學中的一個基本參數，其數值大小對未來中微子物理的發展方向還起著決定性作用。“如果它足夠大，我們就能進行下一代實驗來測量中微子振蕩中的CP破壞，以理解宇宙中物質—反物質不對稱現象，即宇宙中‘反物質消失之謎’，否則我們就不知道如何進行下一代實驗。”

　　上海交通大學粒子物理宇宙學研究所所長季向東也告訴《中國科學報》：“大亞灣實驗發現了電子中微子振蕩的新模式，這種模式的發現對了解為什么正物質遠遠多于反物質，對解釋太陽系中元素的豐度有極其重要的作用。在我們所觀察到的宇宙中，物質占主要地位，但為什么如此，到現在還沒有一個合理的解釋，大亞灣實驗的結果打開了一扇大門。”