大亚湾发现新中微子振荡 有望冲击诺奖
“振荡”世界的中国力量——记大亚湾反应堆中微子实验团队

“振荡”世界的中国力量——记大亚湾反应堆中微子实验团队作者:暂无来源:《发明与创新·大科技》 2017年第7期大亚湾中微子实验团队常年工作在百米高的花岗岩山体腹中,身处“不见天日”的工作环境,团队却解开了全世界高能物理学家都想解开的谜题——2012年3月8日,他们发现了中微子的第三种振荡模式,并测量到其振荡概率。
由于这项震惊国际物理界的成果,王贻芳获得科学界“第一巨奖”的基础物理学突破奖,成为了第一个获此殊荣的中国科学家。
2017年,“国家自然科学奖一等奖”经过17年9度空缺后,毫无悬念地花落“大亚湾中微子实验”。
在首个全国科技工作者日,大亚湾反应堆中微子实验团队获得首届“全国创新争先奖”。
“全国创新争先奖”每3年评选表彰一次,是仅次于“国家最高科技奖”的科技人才大奖。
中科院高能物理所所长王贻芳说:“获奖对于团队来说是莫大的荣誉,这是国家、社会、公众对团队工作的认可。
”中微子是物质世界最基本的粒子之一,物理学界对它的探索从未停止。
2003年,为了测量最后一个未知的中微子混合参数,国际上有8家实验室竞相提出方案。
中科院高能物理所的大亚湾实验方案精度高达1%,从中脱颖而出,吸引了多国科学家加入。
“当时国际上共有7个国家提出8个方案,最终3个得以实施,大亚湾探测精度最高,数据获取效率位居国际同类装置第一。
”王贻芳回忆,当时,韩国的RENO实验和法国的Double Chooz实验也都致力于寻找中微子的第三种振荡。
2012年2月,实验正式运行后的第二个月,科研人员发现了中微子的第三种振荡。
3月8日,成果发布,比韩国RENO实验快了25天。
成果的论文发表后,国际著名科学杂志和媒体发表报道与评论上百篇。
美国《科学》杂志将其评为2012年十大科学突破之一,并称“如果大型强子对撞机的研究人员没有发现标准模型之外的新粒子,那么中微子物理可能是粒子物理的未来,大亚湾的实验结果可能就是标志着这一领域起飞的时刻。
走近诺贝尔奖(十五--连载完)探索中微子“变脸”之谜

走近诺贝尔奖(十五--连载完)探索中微子“变脸”之谜杨先碧【期刊名称】《大自然探索》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】4页(P60-63)【作者】杨先碧【作者单位】【正文语种】中文我们生活在一个中微子充斥其间的世界。
当你在阅读这段文字的时候,已经有数以亿计的中微子穿过了你的身体。
由于中微子善于穿透任何物质,因而被科学家称之为难以捕捉的“幽灵粒子”。
最近,两位物理学家因为在中微子方面的突出贡献而被授予2015年诺贝尔物理学奖。
中微子是宇宙中最基本的粒子之一,也是目前已知宇宙中数量第二多的粒子,仅次于光子。
中微子有一个神奇的特性,那就是可以穿透任何物质。
尽管中微子神秘莫测,来无影去无踪,科学家却能通过巧妙的方法发现它们的踪迹。
就算它们“玩失踪”,科学家也能知道它们改头换面成什么样子了。
2015年诺贝尔物理学奖授予给了日本物理学家梶田隆章和加拿大物理学家阿瑟·麦克唐纳,他们的贡献就是找到了“失踪”的中微子,发现了它们“变脸”的秘密,并以此证实中微子有质量。
对于中微子的存在与否,始终存有争议。
早在1930年,奥地利物理学家泡利就预言了中微子的存在,但预言者自己都将信将疑。
直到1956年,美国两位物理学家马丁·佩尔和弗雷德里克·莱因斯才成功地探测到了中微子的存在,宣告了这一“幽灵粒子”的真实存在,该成果在1995年被授予诺贝尔物理学奖。
何为“中微子”呢?其实中微子的“中”不是指大小,而是指电中性,即这种粒子是不带电的;而“微”字倒是说它很小。
所以有科学家建议,为了避免人们误解中微子的意思,可以称它为“微中子”。
由于中微子比原子、电子都小得多,其质量小于电子的万分之一,小于原子的千万分之一,因此,它微小到难以损伤你身体内的细胞或细胞内的任何有机物质。
所以尽管数以亿计的中微子源源不断地穿过我们的身体,我们却不会产生“万箭穿心”的感觉。
正因为中微子具有很强的穿透性,且很难和普通物质发生相互作用,一度被科学家称为捉不住的“幽灵粒子”。
中微子研究,向着未来奔跑

里写道 :我们身边的中微子其实非常多, 球物理的交叉前沿学科。
微子的振荡。
例如一个典型的核反应堆每秒钟产生 6
对于经常被问及中微子研究有什么
中微子共有 3 种类型,它的脾性非
万亿亿个中微子,每秒钟有 3 亿亿个太 用,王贻芳对《中国报道》记者说 :“我 常奇怪,“一种中微子在飞行中能自发
阳中微子穿过每个人的身体,宇宙大爆 相信对我们而言,周围的世界令人着迷, 变成其他种类的中微子。”这也就是专
┣ 封 面 故 事 ┫
大亚湾中微子实验大厅
中微子研究,向着未来奔跑
100 多年前,原子核的衰变被发现时,无人知晓这将意味着什么,但今天核能的利用已经 深刻地改变了世界。而中微子在未来或许也一样。
文 |《中国报道》记者 何晶 见习记者 陈珂 采访 | 解读中国工作室
《中国报道》记者也在江门中微子 但在江门,我们的靶质量是 20000 吨, 15 米。 现在我们必须在这个实验中将
实验站见到了当天凌晨才抵达的王贻芳 比大亚湾的大 1000 倍。”
之再提高约 1 倍——达到 25 米,这也
教授,他现在几乎每个月都会来察看工
但的确,“这个项目在很多方面都 是一个巨大的挑战,几乎要达到理论极
设法“看见”了第一个中微子。他们第一 但取得了举世瞩目的成绩。
我们自己培养的学生也成才了,也很优
时间从美国给远在欧洲核子中心的泡利
上世纪 60 年代,意大利物理学家 秀”。
发了封电报。泡利中断了正在进行的会 布鲁诺·庞蒂科夫提出了中微子振荡的
据 王 贻 芳 回 忆,2003 年, 国 际 上
议,当众宣读了这封电报,然后跟朋友 概念。他认为某一种特定中微子可以转 开始热烈讨论利用反应堆中微子来测量
时事播报

中微子振荡
• 中微子振荡是一个量子力学现象。理论物理学家 布鲁诺· 庞蒂科夫首先提出此猜想,他认为特定味 的某一中微子可以转化为不同的味。所探测到的 中微子可能处于哪个味要由传播中不断改变的波 形决定。中微子振荡意味着中微子具有质量,这 与原始的粒子物理标准模型不相吻合,对理论物 理和实验物理而言都有一定的影响。2012年3月, 大亚湾中微子实验组织发言人宣布,大亚湾中微 子实验发现了新的中微子振荡,并测量到其震荡 几率。
王贻芳
• 姓名:王贻芳 • 性别:男 • 出生地点:南京 • 现任中科院高能物理研究所所长。曾 获南京大学物理系原子核物理专业学士学 位,同年为丁肇中教授选中,赴其领导的 L3实验深造,91年获意大利佛罗伦萨大学 博士学位。如今,他又带领团队发现了中 微子新振荡。有望获得诺贝尔物理奖。
• 上述观点当然有其根据,实际上诺贝尔物理学奖 分外青睐中微子研究领域,已经产生3个诺贝尔物 理学奖。但中科院高能所实验物理中心曹俊研究 员清醒地指出,诺贝尔物理学奖一般是给意想不 到的发现的,前两次获得诺奖是因为发现新的中 微子,第三次获诺奖是因为首次发现中微子振荡。 与它们相比,这个实验分量要轻,能被美国《科 学》杂志评为今年的10大科技突破,但可能够不 上诺奖。当然,曹俊也表示,大亚湾实验还在继 续,如果运气够好,能发现什么反常现象,得出 出人意料的成果,也可能获诺贝尔物理奖。
石景山区2023-2024学年第一学期期末检测高三语文试卷及答案

石景山区2023-3024学年第一学期高三期末试卷语文学校姓名准考证号本试卷共10页,150分。
考试时长150分钟。
考生务必将答案答在答题卡上,在试卷上作答无效。
考试结束后,将答题卡交回。
一、本大题共5小题,共18分。
阅读下面的材料,完成1~5题。
材料一中微子是一种不带电、质量极其微小的基本粒子。
中微子在宇宙中的数量极多,约占所有物质粒子的一半,在微观粒子物理和宏观宇宙起源及演化中扮演着极为重要的角色。
中微子仅参与弱相互作用,可以说是来无影去无踪,只有通过超大体积和超级灵敏的粒子探测器,才可能被捕捉到,堪称“幽灵粒子”。
中微子是人类迄今了解最少的一种基本粒子,还有诸多未解的谜题亟待研究。
对这些未知问题的研究,将完善我们对物质世界基本规律的认识,引领我们突破现有的理论体系,踏入新物理世界的大门。
进入21世纪,中微子研究蓬勃发展,不仅成为粒子物理的重要分支,还扩展到天文学、地球物理等多个学科,形成了新兴的“中微子科学”。
同时,中微子实验研究也取得了许多重大成果,包括发现三种中微子、发现中微子振荡等。
中微子振荡是指中微子会在电子中微子、缪中微子和陶中微子这三种形态之间转换,具体表现为中微子能够在飞行中从一种形态转变成另外一种。
中微子振荡原则上应该有三种模式,其中两种在上世纪60年代、80年代相继被发现或证实,而第三种振荡模式一直未被发现,甚至有理论预言其根本不存在,这引发了全球科学家的进一步探索。
2003年,我国科学家提出设想,利用广东大亚湾核电站产生的大量中微子来寻找第三种振荡模式。
2007年10月大亚湾中微子实验项目动工建设,4年后实验站点全部投入运行。
2012年3月,实验取得了重大突破——成功发现了中微子的第三种振荡模式,并测得其振荡几率为9.2%,误差为1.7%,无振荡的可能性仅为千万分之一。
这一实验结果远远超出了科研团队的期待值,为后续研究中微子质量奠定了基础,对研究物质本原、宇宙起源和理解宇宙中反物质消失之谜具有重要意义,在国际高能物理界引起强烈反响。
大亚湾中微子振荡实验的启示

大亚湾中微子振荡实验的启示作者:何红建来源:《科学》2016年第01期继2015年10月诺贝尔物理学奖公布之后一个月,中微子领域再传喜讯:大亚湾中微子团队斩获2016年“基础物理学突破奖”,共同分享这一大奖的还有其他四个国际中微子实验团队(KamLAND,K2K/T2K,SNO,Super Kamiokande)。
在此向大亚湾合作组,向大亚湾实验组的领头人王贻芳和陆锦标致以衷心祝贺!“突破奖”授予发现三种中微子振荡模式荣获“突破奖”的五个实验团队发现了中微子的三种振荡模式,定量测定了中微子的非零混合角(θ12,θ23,θ13)及中微子质量的平方差。
这些参数都是自然界的基本常数,对于进一步理解中微子质量起源和探索中微子与轻子部分的CP破坏具有重大科学意义(C和P分别代表电荷共轭变换和空间反演变换两种基本分离对称性)。
大亚湾实验结果是一项以中国科学家为主体、联合美国等国的42个单位的292名科学家共同参与,并在中国本土上完成的重大科学发现。
三种不同的中微子v1,v2,vθ3之间有着两两相互转换的性质,描述大气中微子振荡的混合角θ23和描述太阳中微子振荡的混合角θ12,分别由美国南达科他州霍姆斯特克(Homestake)探测器、日本超级神冈(Super Kamiokande)探测器、加拿大萨德伯里中微子天文台(SNO)与神冈液体闪烁反中微子探测器(KamLAND)等实验证明不为零,即中微子之间发生了振荡。
大亚湾合作组在2012年3月8日首次宣布了关于中微子关键混合角θ13非零的突破性发现,超出背景5.2个标准偏差,以大于99.9999%的精度确立了中微子的第三种振荡模式,这是一个测量反电子中微子通过振荡而消失的反应堆中微子实验。
大亚湾团队的这项重大发现是在王贻芳研究员(中科院高能物理研究所)和陆锦标教授(加州大学伯克利分校)的领导下完成的。
2003年以来,有7个国家先后提出了8个实验方案,利用反应堆中微子实验测量θ13,最终投入建造的有3个,包括中国大亚湾实验、法国Double Chooz实验和韩国RENO实验。
2020-2021年 化学科普阅读题单元测试题 含答案经典
2020-2021年化学科普阅读题单元测试题含答案经典一、中考化学科普阅读题1.阅读下面科普短文(原文有删改)。
食品添加剂食品添加剂指在生产食品的过程中,在食品中加入的化学物质。
食品添加剂一般不单独作为食品来食用;它可以是天然物质,也可以是人工合成的物质;把它加入到食品中是为了改善食品的色、香、味,同时也能起到防腐、保鲜的作用。
到目前为止,全世界食品添加剂品种达到25000种,它们都可以食用。
但是,像三聚氰胺、孔雀石绿、苏丹红等物质却禁止在食品中添加,因为它们是化工原料。
我国《食品添加剂使用卫生标准》中规定了各类食品中食品添加剂的安全用量。
如作为甜味剂的“甜蜜素”,其使用范围及最大使用量如下表所示。
甜蜜素(C6H11NHSO3Na)是白色固体,味甜,外观与蔗糖相似,甜度为蔗糖的40~50倍,是一种常见的食品添加剂,被广泛应用于食品加工行业,其熔点是265°C,分解温度约280°C,无明显现象。
蔗糖的熔点是186°C,在190—220℃的较高温度下,蔗糖发生反应,最终形成黑色物质。
目前,97%的食品中使用了各种添加剂,可以说,食品添加剂已成为现代食品工业生产中不可缺少的物质。
(1)苏丹红__________(填“是”或“不是”)食品添加剂。
(2)某检测员在100g某品牌九制话梅中检测出1.01克的甜蜜素,判断该话梅中甜蜜素是否超标,并写出判断依据__________。
(3)鉴别甜蜜素和蔗糖的方法是_________。
(4)下列关于选购食品方法正确的是________。
A.只选择不含食品添加剂的食品B.关注食品营养表中添加剂的品种和用量C.选择加工度低的食品,以免摄入过多的添加剂D.只关注食品的营养成分,不在乎是否含有添加剂(5)我们是否需要食品添加剂?说明理由。
(任选A或B作答,若两个均作答,按A计分。
)________A.需要的理由是。
B.不需要的理由是。
【答案】不是超标,判断依据是:100g中添加1.01g甜蜜素相当于1000g中添加10.1g,10.1g〉8.0g,超出1000g话梅中甜蜜素的最大使用量。
2013国考行测常识:十年科技成就专题
一、真题链接2011-国家-11新中国成立后,我国在一些前沿技术领域取得了一批具有较大国际影响力的创新成果。
下列全部属于近30年来取得的重大突破的一项是:A.哥德巴赫猜想、载人航天、古生物考古、南水北调B.月球探测、核电工程、反西格玛负超子、陆相成油理论C.超大规模集成电路、第三代移动通信、高新能计算机、超级杂交水稻D.激光照排技术、量子通讯、古生物考古、人工合成牛胰岛素结晶【解析】本题考查科技成就。
A选项:哥德巴赫猜想的最佳结果是中国数学家陈景润于1966年证明的;B选项:1959年,中国科学院原子能研究所王淦昌领导的实验组,在苏联用丙烷气泡室发现了一种新基本粒子“反西格马负超子”。
D选项:1965年9月17日,中国科学院上海生物化学研究所等单位密切合作,人工合成结晶牛胰岛素,这是世界上第一次人工合成一种具有生物活力的结晶蛋白质。
所以选择C选项。
【解读】国考对科技成就的考查可以是对一个较短时间内科技成就的考查,也可以是一个较长时间段内取得的全部科技成就的总结。
对于2013年国考常识来说,可以是对时间点的考查,也可以是对时间段的考查。
2012年取得了众多的科技成就,有航空领域的,有军事领域的,也有其他科技领域的。
2012年正值☆二、2013国考知识点总结——十年科技成就1.重组戊肝疫苗成功上市:2009年10月,我国科学家研制出的预防戊型肝炎疫苗完成III期临床研究,是全球首个完成III期临床研究并成功上市的戊肝疫苗。
2.抗击非典:2004年,科研人员顺利完成了SARS疫苗I期临床试验,成为全球第一个完成I期临床试验的SARS病毒灭活疫苗,处于国际领先地位。
3.“天河一号”世界夺冠:2010年8月,“天河一号”千万亿次超级计算机研制成功,在2010年11月世界超级计算机TOP500排名中名列第一,“曙光星云”、“神威蓝光”等具有自主关键技术的超级计算机也先后研制成功,标志着我国超级计算机的研制水平已经进入世界领先行列。
日本科学家因中微子振荡研究获诺奖
这项发现对中微子隐藏世界以外的领域有着深刻的洞察力,因而它获得了今年的诺贝尔物理学奖。在光子之后,中微子成为宇宙中最多的粒子。地球则持续承受着它们的轰击。
许多中微子产生于宇宙射线和地球大气层之间的反应,另一些则在太阳的核反应中产生。每一秒钟,数以万亿的中微子流穿过我们的身体。几乎没有任何东西可以阻碍它们的传递,中微子是自然中最令人难以捉摸的基本粒子。现在全世界都在展开紧张的实验就是为了能够捕捉并研究中微子的性质。关于它们最深层次的秘密的发现将有望改变我们对于宇宙历史、结构和未来命运的理解。
实验物理学家则在中微子探测中发现,来自太阳的中微子数目比理论预言少了近三分之一,成为著名的“太阳中微子问题”。
对此,一个可能的解释是,特定“味”的中微子在传播中会转变为不同的“味”,探测到的中微子处于哪个“味”由传播中不断改变的波形决定。意大利理论物理学家布鲁诺·庞蒂科夫(Bruno Pontecorvo)首先提出这一猜想,称这一现象为“中微子振荡”。
中微子研究四个获奖
中科院高能物理所研究员曹俊认为,中微子振荡比较复杂,做出重要贡献的人也很多,仅2002年诺贝尔物理学奖得主小柴昌俊就有三个著名的弟子在中微子振荡领域贡献突出。“在我们外人看来,他们贡献都很重要。现在发给了Kajita,说明Kajita的贡献最突出。”另外他还表示,2002年,诺贝尔委员会已经发了关于中微子的一个奖,当时是发给探测宇宙中微子的,而恰好探测宇宙中微子的两个人,也做出了中微子振荡最早的两个证据,“所以有点重合”。此前还有两次诺贝尔奖发给了中微子,分别是首次发现中微子和发现第二种中微子。
千年之交,梶田隆章使用日本的超级神冈探测器(Super-Kamiokande detector )发现大气中微子在飞行中存在两种类型之间转换。
2022年语文二模2012年3月大亚湾中微子实验发现
2022年语文二模2012年3月大亚湾中微子实验发现大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子振荡,并测蚤到共振荡概率。
同年底,杂志评选,这一基础领城的科学成果成功入选。
此时,大亚湾中微子实验项目的一位科学家说了一毒话,这香话耐人寻味。
他说,长期以来,主导基础物理研究的是西方发达国家。
由于政府相关部门和科研机构投入的经费不足,科研机构研究积累薄弱等,我国基础物理研究水平一直与世界先进水平存在不小差距。
这一差距的形成还有一个很重要的原因。
那就是公众对基础研究认识不足。
我们常常听到这样的疑问;这个基础研究有什么用如果回答没有如果回答不能对方就会说:既没有实际用途,又不能得诺贝尔奖,这位科学家提到的被人质疑的情形,想必很多科研人员都遇到过。
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大亚湾发现新中微子振荡有望冲击诺奖新闻背景
3月8日下午,大亚湾反应堆中微子实验国际合作组中方发言人、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳研究员向全世界宣布:大亚湾实验以5.2倍标准偏差的置信度
(>99.9999%)测得中微子混合角13不为零,首次实验发现了中微子的第三种振荡模式。
这项来自中国的物理学发现在世界上引起了轰动,在不到一天的时间里,即有1000多条海外网络报道和评论,掀起了一股中微子的热潮。
那么,中微子是什么?这项发现为什么让科学家激动不已呢?
“宇称不守恒”原来是中微子“捣鬼”
1956年,华人物理学家李政道和杨振宁提出了宇称不守恒定律。
宇称就是左右方向性。
在微观世界中,“左”和“右”是不对称的。
比方说,一辆汽车沿着公路向右方行驶。
如果对着镜子做一辆一模一样的车,这样所有零部件都反过来设计,方向盘换到右边,发动机也左右对称地反过来,然后向左开,那会怎么样?在日常生活中,当然没有任何问题,反过来的汽车也会像在镜子里看第一辆车一样,开得好好的。
可是到了微观世界,这辆车居然开不动了,因为它违背了基本的物理规律,这个规律就是宇称不守恒。
这么匪夷所思的规律,当然引起了人们的极大兴趣和怀疑。
华人女物理学家吴健雄因此马上改变了去欧洲休假的计划,夜以继日地进行实验,花了几个月时间,终于清楚地证明,钴60同位素的衰变过程,确实是左右不对称的。
李政道和杨振宁也因此获得了1957年的诺贝尔物理奖,这是诺贝尔奖史上获奖最快的一次。
微观世界的左右为什么会不对称呢?就在李杨提出宇称不守恒的同一年,两个美国人柯万和雷因斯找到了中微子。
后来人们才渐渐意识到,这实际上是中微子捣的鬼。
1930年,奥地利物理学家泡利为了解释贝塔衰变中能量似乎不守恒,提出可能存在一种看不见摸不着的粒子,是它偷走了能量。
这种粒子不带电,没有质量,几乎不与物质发生相互作用,因此捕捉不到它。
泡利自己说:天啊!我预言了一种永远找不到的粒子。
人们想尽了办法,终于在26年后,柯万和雷因斯在反应堆附近第一次找到了中微子存在的实验证据。
雷因斯获得了1995年的诺贝尔奖。
中微子极难探测,曾被人称为“鬼粒子”,它却像一只看不见的手,控制着微观世界的基本规律,甚至是宇宙的起源和演化。
它具有很多奇怪的性质,宇称不守恒,本质上是因为不
存在右旋的中微子,只有左旋的中微子。
既然右旋的中微子都不存在,如果一个反应涉及到了中微子,当然就不能发生它的左右镜像过程了。
“中微子消失”缘由是中微子振荡,第三种模式却一直没找到
在找到中微子后,人们发现总共有三种不同的中微子,分别是电子中微子、缪中微子和陶中微子。
很多物理过程都能产生中微子,比如太阳能够发光,是因为太阳内发生着核聚变,这些核聚变同时也产生着中微子。
太阳中微子跟太阳光一样,向四面八方飞出,地球上指甲盖大小的地方,每秒钟就会落下600亿个太阳中微子。
反应堆发电的能量来自核裂变,它同样产生大量的中微子,大亚湾核电站的6个反应堆,每秒钟产生35万亿亿个中微子。
宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸,在第一秒钟就产生了无穷多的中微子,它们一直存留到现在,地球上指甲盖大小的地方,每秒钟就会落下10万亿个宇宙大爆炸残留的中微子。
当柯万和雷因斯在反应堆边寻找中微子的时候,另一个美国科学家戴维斯开始在地下1500米的一个废旧金矿中寻找来自太阳的中微子。
去这么深的地底下,是为了屏蔽地面上宇宙线对实验的干扰。
由于太阳离我们太远,所以到达探测器的中微子远不如在反应堆附近的多,戴维斯比雷因斯晚了很多才看到太阳中微子。
不过他发现了一个奇怪的现象,太阳中微子的数量只有预期的三分之一,这个困扰科学家几十年的问题,称为“太阳中微子失踪之谜”。
在宇宙中,有很多能量非常高的宇宙射线,它们进入地球的大气层后,会打出中微子,称为大气中微子。
从上世纪80年代起,人们就发现大气中微子似乎没有我们预计的多,称为“大气中微子反常”。
1998年,日本的超级神岗实验以确凿的证据,证明中微子存在振荡现象,一种中微子,能够在飞行中变成另一种中微子,然后再变回来。
太阳中微子和大气中微子的丢失,都是因为它们变成了其它种类的中微子。
更多的实验也证实了这个发现。
戴维斯和超级神岗的领导者小柴昌俊获得了2002年的诺贝尔奖。
根据中微子振荡理论,大气中微子振荡和太阳中微子振荡,对应着两个中微子混合角23和12。
还应该存在第三种振荡模式,对应中微子混合角13。
这个振荡小得多,因此一直没有找到,但是它关系到中微子物理的未来发展,也跟宇宙起源相关。
因此引起了科学界的极大关注。
大亚湾场地佳精度高,引来众多合作者
从2003年起,中国的物理学家就开始规划利用大亚湾核电站发出的中微子来寻找这第三种振荡模式,测出13。
由于科学意义重大,世界上先后有7个国家的8个小组提出了类似的计划。
大亚湾核电站的总功率世界第二,能发出更多的中微子,同时紧临高山,适合建
立地下实验室,排除来自宇宙线的干扰,是世界上测量13的最佳场所。
中科院高能所提出的实验方案,是世界上精度最高的,因此吸引了众多的国际合作者。
美国也放弃自己的两个方案,转而加入大亚湾实验。
经过八年的准备和建设,挖了3公里的隧道,建立了三个地下实验厅,研制了8个110吨重、却异常精密的中微子探测器,放置在实验厅内巨大的水池中。
大亚湾实验的第一个实验厅于2011年8月15日开始运行。
四个月后,三个厅全部投入运行,开始获取有意义的物理数据。
又过了三个月,研究人员不分昼夜地分析实验数据,只用了55天的数据,就发现远厅的中微子数丢失了6%,以确凿的证据证明13不为零。
13的大小大约在9度左右,虽然比另外两个混合角小得多,但却比我们最初预计的要大得多!
诺贝尔奖获得者李政道、卡罗·鲁比亚教授以及十几位各大实验室负责人和粒子物理实验的发言人向中国高能物理研究所发来贺信。
李政道先生说:“这是物理学上具有重要基础意义的一项重大成就!”
大亚湾实验能够捷足先登,某种意义上可以说是运气不错。
去年日本的大地震,不仅震出了福岛核事故,也震坏了T2K实验的加速器,直到今年才修好。
和大亚湾同时起步的法国和韩国的实验规模只有大亚湾的四分之一,建设周期短,如果13这么大的话,他们是可以抢先的。
不过,运气只会光顾不懈拼搏的人。
为了赢得国际竞争,大亚湾人从没有节假日的概念,每天两班倒工作16个小时。
有的研究人员经常连续工作30多个小时。
新发现为破解“反物质消失之谜”开辟蹊径
大亚湾实验的发现让所有研究中微子的科学家都感到兴奋。
即使是大亚湾的竞争对手、日本T2K实验的发言人小林隆和郑章基教授也来信祝贺,表示:“中微子振荡实验的光明前景令人激动不已。
有了这个大的13混合角,若上天继续眷顾我们,或许在我们有生之年可以揭开物质层次和CP破坏的奥秘。
”
美国《科学》杂志在线版“科学此刻”栏目发表文章《中国物理学家揭露中微子测量的关键》,评价:“此次成果完成了一幅中微子的概念图”,并称“这为…中微子与反中微子行为间不对称‟的实验铺平了道路。
其将可以解释为何现在的宇宙中有如此多的物质,却只有那么一丁点儿的反物质这一问题”。
原来,宇宙起源中的物质与反物质不对称很可能与它有关。
当宇宙大爆炸发生时,根据粒子物理规律,正反物质应该成对产生,是一样多的。
可是我们现在的宇宙中,并没有发现大量反物质存在的迹象。
那么反物质哪里去了?
中微子存在振荡现象,同时意味着可能存在另一种不守恒,即电荷-宇称不守恒,就是上文说到的CP破坏(电荷用C表示,宇称用P表示)。
李政道和杨振宁发现了宇称不守恒后,人们发现电荷和宇称乘起来一般来说却是守恒的,但也有很少的例外,称为CP破坏。
如果存在大的CP破坏,那么在宇宙早期,反物质就有可能衰变得更快,导致现在的宇宙中只剩下了正物质。
不过CP破坏很难测,现在还没有发现中微子的CP破坏现象。
如果13很大,那么我们就可以设计实验,去测量CP破坏的大小,破解宇宙的奥秘。
当然,这个发现对中微子研究的其它方方面面也有着重要影响。
比如,我们将更容易确定三种中微子哪个最轻,哪个最重,也许会更难确定中微子是不是它自己的反粒子,等等。
(曹俊作者为中国科学院高能物理所研究员)
延伸阅读
中微子能不能走进我们的生活?
奇妙的中微子,现在我们能够产生它,探测它,那么能不能在日常生活中用上它呢?几天前,美国费米实验室的科学家宣布,利用一个试验装置,成功地用中微子实现了通讯,带宽为0.1bps(位/秒),误码率百分之一。
由于中微子可以几乎不受阻挡地直线穿过物质,这种通讯不会受海水和地层的阻挡,也无法干扰、拦截和破解。
也许有一天,它能变成实用的通讯方式。
不过在科学家眼中,基础研究的重要性要远远大于它的实用性。
四百年前,丹麦科学家第谷仰望星空三十年,积累了大量的天文数据,由他的弟子总结成开普勒三定律,这是牛顿提出牛顿力学的重要依据。
谁能想到,天天盯着星星看而窥得的行星运动的奥秘,几百年后却成为我们修造高楼大厦、桥梁、飞机、汽车、发射飞船卫星的根本?当我们窥探到了宇宙运行的奥秘,也许几十年或一百年后,中微子带给我们的知识,会同样融进我们生活的方方面面。