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这一次，中国的科学家跑在了世界的前面。θ13，中微子的第三种振荡模式，当世界几大实验室的物理学家都在苦苦寻觅它的踪影时，中国大亚湾中微子实验室率先给出了确定答案。2012年3月，大亚湾中微子实验项目负责人、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳宣布，项目组发现了第三种中微子振荡模式，并精确测量到其振荡概率。 这项成果在国际上引起强烈反响，当年即被美国《科学》杂志评选为2012年度十大科学突破，也被物理学界不少人评价为半个多世纪以来中国人最重要的实验物理学成果。在2016年度国家科技奖评奖中，王贻芳团队凭借这项成果，摘得我国自然科学领域备受瞩目的奖项——自然科学奖一等奖。 对中微子的认识将揭开宇宙演变的诸多奥秘 什么是中微子？中微子是构成物质世界的基本粒子之一。目前已知构成物质世界的基本粒子共有12种，其中夸克有6种，轻子也有6种，中微子则属于轻子，共有3种类型，在基本粒子中占了1/4席位。 在科学家的眼中，小小的中微子，在最微观的物质世界和最宏观的宇宙中都起着重要作用，是联系物理学、天文学、宇宙学和天体物理学的重要纽带，对它的认识将揭开宇宙演变的诸多奥秘。 其实，中微子就在我们身边，每秒钟有亿万个中微子以接近光传播的速度穿过我们的身体。但由于中微子质量极其微小，不带电、也几乎不与任何物质发生作用的特点让它极难捕捉，好像施了“隐身术”一般，无形中增加了研究的难度。 中微子还有一个极其特殊的性质，那就是中微子振荡，即在飞行中从一种类型转变成另一种类型。原则上三种中微子之间相互振荡，应该有三种模式，分别为θ12、θ23、θ13。其中前两种模式已被多个实验证实，第三种振荡则一直未被发现，甚至于有人怀疑θ13为零，根本不存在。 在国际竞赛中率先撞线，发现中微子振荡新模式 王贻芳盯上了θ13。 2003年冬天，当时还是高能物理研究所一名普通研究员的王贻芳注意到，利用反应堆中微子来测θ13已成为国际热点，多个外国团队正打算进行同类实验，一场竞争激烈的赛跑正悄然展开。 “核电站在发电时，会产生大量中微子，反应堆功率越大，释放中微子越多，测量精度越高。”王贻芳介绍，中微子与普通物质反应的概率实在太低了，科学家寄希望于用非常多的粒子，拦在中微子流的路上，期望它们能撞上几个，这是中微子探测的基本办法。“我们考虑在大亚湾核电基地建实验室，因为大亚湾核电站功率高；同时大亚湾和岭澳两个机组附近均有山体，在山体下建实验室，可利用其岩石覆盖有效屏蔽宇宙线本底对实验结果的干扰。” 说起来容易，真正做起来却是难上加难。经费、施工的安全性等都困扰着王贻芳团队。最关键的是，在我国科研团队争分夺秒的同时，法国和韩国的同行也加快速度进行着同类实验。 为了能在这场竞赛中率先撞线，王贻芳和团队成员精心设计了实验方案。大亚湾中微子实验工程副经理、中国科学院高能物理研究所研究员曹俊介绍，大亚湾实验是全球实验中唯一采用同一实验室多模块探测器的中微子实验，实验设计指标和精度国际最高。实验误差降低了“根号n倍”——在远点设计安装了4个探测器，使探测误差降了2倍，在近点设计安装了2个探测器，使误差降低了1.4倍。 那么，发现了中微子振荡的第三种模式，有什么用？ 王贻芳的回答有些“高冷”：“基础研究的重要性远远大于它的实用性，中微子振荡在宇宙起源和演化中起到重要作用，是粒子物理和宇宙学研究的重点之一。” 在广东江门，江门中微子实验站正在紧锣密鼓建设中。“我们测出θ13，即将测量中微子质量顺序，未来的目标放在测量CP破坏上。一旦走完这条不同寻常的路，中国必将在中微子研究领域站到世界前沿。”王贻芳表示。 |
