第05版:科教观察

功成身退 打开中微子研究新大门

大亚湾实验取得的重要成果,不仅让中国在基础科学国际前沿的中微子研究领域跻身全球第一方队,更为未来中微子研究指明方向

大亚湾实验中微子振荡振幅的测量精度已从2012年的20%提高到3.4%,预期最终精度将好于3%。这是自然界的基本参数,其精确测量具有重要科学价值。可以预期在未来几十年,该精度不会被其他实验超越。

□ 孙自法

中国第一代中微子实验装置——大亚湾反应堆中微子实验(以下简称大亚湾实验)装置,在实现原定科学目标、完成科学使命后已于12月12日正式退役。

主持大亚湾实验的中国科学院高能物理研究所(以下简称中科院高能所)表示,大亚湾实验取得的重要成果,不仅让中国在基础科学国际前沿的中微子研究领域跻身全球第一方队,更为未来中微子研究指明方向,打开了新一代中微子研究大门。

为下一代中微子实验打开一扇大门

大亚湾实验负责人、中科院高能所所长王贻芳院士表示,大亚湾实验使科学家对物质世界的基本规律有了新的认识,该实验发现的中微子振荡振幅比预期要大得多,为未来中微子研究指明了方向,包括中国的江门中微子实验、美国的“沙丘”实验(DUNE)和日本的顶级神冈实验(HyperK)等新一代的大型中微子实验装置因此得以开始建设。

从大亚湾实验成长起来的青年科学家、中科院高能所实验物理中心副主任温良剑研究员说,大亚湾实验发现一种新的振荡模式,测到跟这个振荡模式相关的混合角θ13的值不为零,“(θ13的值)在过去理论上是不清楚的,发现其不为零,给下一代中微子实验打开了一扇大门”,为下一代实验规划进一步测量中微子质量顺序、CP破坏相角等提供方向和奠定基础。

他透露,大亚湾实验装置虽然退役停止运行,但其实验数据分析还会持续两到三年,科研人员将持续开展物理分析,尽可能发掘物理成果。

中微子振荡测量精度未来几十年不会被超越

取得丰硕科学成果、才“17岁”的大亚湾实验装置为什么要退役?

王贻芳指出,实验继续运行很大程度上是为了提高精度,精度不能提高,继续运行就没有意义。大亚湾实验的精度已经不能由增加数据量来改善,它的整个误差是由仪器设备本身精度所决定,而仪器设备本身的精度已达到极限,再运行下去精度不能提高,就是浪费人力财力物力。

他说,到目前为止,大亚湾实验对θ13测量的统计误差已小于系统误差,继续运行也不会提高精度,其他相关研究目标数据量也基本足够,所以从投入产出比考虑,决定大亚湾实验于2020年12月退出现役停止运行。

王贻芳强调,目前,大亚湾实验中微子振荡振幅的测量精度已从2012年的20%提高到3.4%,预期最终精度将好于3%。这是自然界的基本参数,其精确测量具有重要科学价值。可以预期在未来几十年,该精度不会被其他实验超越。

推动国际科技合作促进人才培养

大亚湾实验是中美两国在基础研究方面迄今最大的国际合作项目,俄罗斯、捷克、中国香港和中国台湾都对实验建设和科学研究作出重要贡献。大亚湾实验国际合作组由中国与欧美41个研究单位组成,最多时近300位科研人员参与研究。

王贻芳认为,主持和发起大型国际科技合作项目,是中国建设创新型国家和科技强国的一个目标,这一步从小到大的发起、组织、管理、吸引的过程避免不了,大亚湾实验就是这其中的重要一步,它使中国的国际科技合作走到一个新的高度,合作范围、内容、广度、深度都是前所未有。

他透露,后续江门中微子实验国际合作规模更大,现在已有18个国家和地区的78个研究单位近680人参加,其中一半以上是外国科学家。中科院高能所规划中的环形对撞机项目等大科学装置,也将全方位开展国际科技合作,目标就是推动中国在国际科学界成为大家认可的参与者和领导者。

与此同时,通过中国主导的大型国际科技合作,也培养出一批具有国际水准的科研人才。在大亚湾实验建设运行过程中,中国有一大批跟国际上同龄人相比丝毫不逊色的青年才干成长起来,中微子研究从一开始的三五个人,已发展到现在拥有200人的团队。

江门中微子实验预期2022年建成

在大亚湾实验“前浪”的基础上,江门中微子实验等“后浪”正紧锣密鼓建设。

王贻芳透露,江门中微子实验预期2022年完成建设,它利用阳江和台山两个核电站群产生的中微子,在不远的将来,将揭开中微子质量顺序的谜底,并在中微子振荡参数的精确测量、天体中微子、地球中微子、新物理寻找、研究超新星等方面取得国际领先的科学成果。2030年左右,江门中微子实验可以升级改造为世界最大的无中微子双β衰变实验,测量中微子绝对质量,判断其反粒子是否是其自身。

他表示,超新星爆发的99%能量通过中微子释放出来。按照一般理论预期,银河系100年左右大概有一次超新星爆发,目前银河系已有400年没看到超新星爆发,也特别期待在江门中微子实验生命周期内能够看到一次超新星爆发,助力宇宙起源、演化等相关研究。

2020-12-16 大亚湾实验取得的重要成果,不仅让中国在基础科学国际前沿的中微子研究领域跻身全球第一方队,更为未来中微子研究指明方向 1 1 中国改革报 content_33351.htm 1 功成身退 打开中微子研究新大门 /enpproperty-->