大亞灣中微子實驗室

大亞灣中微子實驗室

大亞灣中微子實驗室位於深圳市區以東約50公里的大亞灣核電站群附近的山洞內,地理位置優越,緊鄰世界上最大的核反應堆群之一的大亞灣核電站與嶺澳核電站。2012年3月宣布發現新的中微子振盪模式,在精確測量θ13值方面取得國際領先。這是中國誕生的一項重大物理成果,被稱為中微子物理的一個里程碑。

簡介

大亞灣中微子實驗室位於深圳市區以東約50公里的大亞灣核電站群附近的山洞內,地理位置優越,緊鄰世界上最大的核反應堆群之一的大亞灣核電站與嶺澳核電站。大亞灣實驗室共有3個實驗大廳,分別為大亞灣近點、嶺澳近點與遠點大廳。實驗廳位於山腹內,由水平隧道相連,每個實驗廳內各有一套宇宙線探測系統。

大亞灣反應堆中微子實驗站項目2006年獲準立項。2012年3月宣布發現新的中微子振盪模式,精確測量到中微子混合角13。這是中國誕生的一項重大物理成果,被稱為中微子物理的一個里程碑。2012年底,大亞灣中微子實驗成果入選美國《科學》雜誌2012年度十大科學突破。2013年1月19日,該項科技成果被選為2012年中國十大科技進展。

建造背景

圖為大亞灣實驗在潔淨間中組裝的中心探測器。圖為大亞灣實驗在潔淨間中組裝的中心探測器。
2003年,中國科學院高能物理研究所的科研人員2003年提出構想,利用我國大亞灣核反應堆群產生的大量中微子,來尋找中微子的這第三種振盪,其振盪幾率用sin22θ13表示。大亞灣中微子實驗項目中國內地總投資1.6億元人民幣,得到科技部中國科學院國家自然科學基金委員會、廣東省、深圳市和中國廣東核電集團的共同支持,是我國基礎科學領域最大的國際合作項目。此外,繼發現新的中微子振盪模式之後,探究中微子質量順序便成為合作組新的主攻方向。
中微子振盪出之三種中微子-模型圖中微子振盪出之三種中微子-模型圖

項目進展

大亞灣反應堆中微子實驗站項目2006年獲準立項;2007年10月動工建設;2010年12月完成核電站附近全部約3000次爆破,建成全長3000米的地下隧道和5個地下實驗廳;2011年年中逐步完成探測器的建造與安裝,當年12月遠、近點探測器同時投入運行;2012年3月宣布發現新的中微子振盪模式,精確測量到中微子混合角13。這是中國誕生的一項重大物理成果,被稱為中微子物理的一個里程碑。

在大亞灣中微子實驗室一期全力展開科學探索之時,二期項目也已展開。中微子實驗二期選址仍定在廣東,目前項目正在立項中,計畫在2014年前開始動工,用6年時間建成。中微子實驗二期工程建成後,將可期待在測量三種中微子的質量順序上有一個重大突破。據介紹,在中微子實驗二期中,中微子探測器將更大。二期實驗將使用新的中微子探測器,探測重量將為一期探測器的2000倍。

發展規劃

大亞灣實驗項目三號實驗大廳,於2011年12月24日開始運行。大亞灣實驗項目三號實驗大廳,於2011年12月24日開始運行。
計畫中的我國中微子研究發展分三步走。

第一步目標已經在大亞灣反應堆中微子實驗站實現,在精確測量θ13值方面取得國際領先;

第二步,中微子實驗二期瞄準多個科學目標,將在很多方面開展中微子研究,取得突破後,我國便真正達到在國際中微子物理科學研究中的領先水平。

第三步遠期目標,將利用加速器產生的中微子更精確測量中微子物理參數。屆時,我國對於中微子的研究將達到真正的國際領先。

中微子實驗

2012年3月8日,大亞灣中微子實驗首次發現了一種新的中微子振盪,其振盪幾率為9.2%,誤差為1.7%,此測量結果的置信度為5.2西格瑪。此次大亞灣中微子實驗,以超過5倍的標準偏差確立了中微子的第三種振盪模式,更精確地測定了中微子相互振盪的3個混合角中的最後一個角θ13。這一重要成果是對物質世界基本規律的一個新的認識,對中微子物理未來發展方向起到了決定性作用,並將有助於破解宇宙中的“反物質消失之謎”。 《科學》指出,中微子實驗國際合作組發現了中微子的“第三種振盪”,並測量到了它的振盪幾率,這是全世界高能物理學家十幾年來做夢都想精確測量的值。

2012年10月,大亞灣反應堆中微子實驗站的全部8個中微子探測器正式運行取數。實驗站將持續運行3-5年,可把中微子混合角θ13的測量精度提高到4%左右。在未來至少二三十年內,都很難再有實驗超過大亞灣的測量精度。

2012年底,大亞灣中微子實驗成果入選美國《科學》雜誌2012年度十大科學突破。

2013年1月19日,該項科技成果被選為2012年中國十大科技進展。

中微子是一種極難被探測到的基本粒子,共有3種類型。它可以在飛行中從一種類型轉變成另一種類型,稱為中微子振盪。中微子的前兩種振盪模式即“太陽中微子”。中微子的前兩種振盪模式即“太陽中微子之謎”和“大氣中微子之謎”已被實驗證實,其發現者憑此獲得了2002年諾貝爾獎。第三種振盪一直未被發現,甚至有理論預言其根本不存在。

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