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中微子赛跑进入冲刺阶段 精选

已有 7863 次阅读 2011-11-11 02:16 |个人分类:我的物理|系统分类:科研笔记|关键词:反应堆,大亚湾,加速器,中微子,实验,theta13,中微子振荡| 实验, 大亚湾, 中微子, 加速器, 反应堆

    中微子与光速的赛跑还没有落下帏幕,中微子实验之间的竞赛已开始进入冲刺阶段。
 
    昨天在韩国首尔的《LowNu 2011》大会上,法国的Double Chooz实验公布了初步结果,

有振荡的置信度是1.7倍sigma。这个置信度说明不了太多问题,但公布这个结果的举动有点出人意料。大部分人以为他们会等一等再公布。

Double Chooz的中微子能谱。红线和蓝虚线,你觉得哪个跟数据点符合得更好?红线为有振荡,蓝线为无振荡。

 
    自从1998年证实中微子振荡以来,通过一系列的太阳中微子实验和大气中微子实验,测出了2组共4个振荡参数。剩下的第三种振荡模式还没有测到,而与之相关的混合角和CP破坏相角不仅是基本的振荡参数,而且与宇宙起源相关,因此大家都把注意力集中到了这里。(注:发现第三种振荡模式,与测到不为零这两种说法等价
 
    加速器实验可以测量。日本的T2K已开始运行,美国的Nova实验正在建设。不过仅就测量而言,加速器实验没有优势,因为它与CP破坏的大小和物质效应相关,物理上不干净,现有实验的灵敏度也不高,要靠运气。反应堆中微子实验则比较干净,能唯一确定,也便宜很多,因此在2003年左右,国际上先后提出了8个实验方案,其中大亚湾中微子实验条件最好,设计精度最高。
 
    在此之前,最好的测量结果来自Double Chooz的前身——Chooz实验,它没有发现振荡,证明很小,<0.17。在2003年左右,一般认为可能非常小,为了给未来的中微子实验指明方向,国际上提出需要将测量精度提高到0.01。实际上只有大亚湾实验能达到这一精度。大部分实验方案都因此先后夭折,但是法国的Double Chooz实验和韩国的RENO实验不愿放弃,虽然他们的条件和设计精度远不如大亚湾,也活了下来。同一个测量有8个竞争方案,最后有3个实验做同一件事,在高能物理界是很罕见的。
 
    由于在核电站内建设,三个实验都碰到了类似的困难,进度都比预期慢。今年6月,日本的T2K实验出人意料的发布结果,说观察到了6个电子中微子事例,说明可能比较大,不为零的概率为2.5倍标准偏差。本来一般实验是不会这样公布结果的,怎么也要再取点数据,达到3倍标准偏差的确认水平,然后堂尔皇之的声称:我们发现了第三种振荡模式3月份的日本地震,不仅震出了福岛核电站事件,也震坏了日本散裂中子源的加速器。而这个加速器是给T2K提供中微子源的。因此T2K发表了这个半吊子结果由于事例的分布有点古怪,也有不少人不相信这个结果,认为是没有扣干净的本底。美国的MINOS实验也因此仓促地放出了一个非正式的报告,也倾向于不为零,概率为1.7倍标准偏差。再下来就更有意思,两组唯象理论家分别对其它中微子实验的二阶效应做了拟合,说很大,不为零的概率达到了3倍标准偏差。
 
    是不是真的很大呢?大家把注意力放到了反应堆中微子实验上。如果得到了反应堆中微子实验的确认,的大小就比较可靠了。大亚湾实验的设计精度远高于另两个反应堆实验,实验规模也大得多。一旦大亚湾发表初步结果,就比这两个实验运行三年的最终结果都要更可靠、更精确。因此他们要想方设法在此之前做点成绩出来。
 
    法国实验利用原有的地下实验室,省去了很多建设时间,因此最早开始取数。当然也受制于原有的实验室条件,精度无法进一步提高。去年底完成了远点探测器的安装,经过一段时间的调试,2011年4月宣布正式开始取数。但是近点要等到2013年。只靠远点,他们的精度高不了,因此没有什么竞争力。韩国实验跟法国一样,规模小,只造2个探测器(大亚湾是8个)。同时他们只有韩国人参加,没有吸引到国际合作者,人手很少,因此探测器比较粗糙。不过他们2011年8月份远近点同时开始运行,如果他们探测器不出问题,数据分析也进展顺利的话,将能够给出比较好的结果。
 
    韩国人原计划今年4月开始运行,曾在美国开会的时候公开说请了韩国科技部的官员4月去剪彩,可能因为液闪的技术问题,没有实现。等大亚湾实验8月15日宣布近点开始运行后,他们紧跟着说RENO已经在8月1日开始远近点同时运行了。这种大型实验的启动、发布,一般总要发布个新闻,知会国际同行们一声。同时,由于他们申请了主办《LowNu》会议,一般认为,RENO会在会议上发布初步结果。由于RENO是远近点同时运行,精度要比法国实验高很多,一旦发布初步结果,法国人就没什么事儿了。这就是我们看到的开头一幕,法国人拿了个1.7倍标准偏差的结果出来,分析也显得有点粗糙。没想到韩国人没有出结果,称人手紧张,没有完成分析,打算明年3-4月份发布。感觉是给韩国人涮了一把。

 
    在地球另一端的瑞士,也有一个国际会议在同时举行。法国实验组在报告中说:这次不会报告物理结果。第二天在韩国的会议报告出来后,他们的报告人又加了一个报告,把刚公布的结果报告了一遍。说对不起,昨天我没有获准报告物理结果。奇怪的是,昨天特地强调没有结果干吗?难道是真的今天才知道?
 
    在同一会议上,这一阵闹得沸沸扬扬的OPERA实验,报告了一下他们的本职工作(不是超光速),同时声称,如果这么大的话,他们也可以测出来,准备下一步去分析这个数据。大概是自己惦量着跑羸光速胜面不大,转而跟人来赛。
 
    大亚湾实验明年将全部投入运行。T2K、MINOS、Nova、OPERA、Double Chooz应该都拿不出更象样的结果了。如果韩国人干得不错,运气也不错,也确实很大,那只能说我们运气不好。如果设计之初不是普遍认为非常小的话,根本不用花这么多力气,将设计精度定在0.01,这样会快很多。也有可能韩国人运气没那么好,那么我们能成为首先发现第三种中微子振荡模式的实验。当然最终最精确的结果肯定是我们的。
 
    到明年,应该一切都清楚了。
 
红点是假定=0.085,大亚湾明年全面运行后,取数三个月后的结果。T2K与MINOS的结果与CP相角和物质效应等因素有关,因此是一个很宽的带子,黑线为对应不同CP相角的中心值。
 


聚焦中微子
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