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大亚湾结果被《科学》评为十大科技突破 精选

已有 8061 次阅读 2012-12-21 18:01 |个人分类:我的物理|系统分类:博客资讯|关键词:十大科技突破,大亚湾,中微子| 大亚湾, 中微子, 十大科技突破

应急计划打开中微子研究的大门

原文:http://www.sciencemag.org/site/special/btoy2012/

有时候结果本身并不是最重要的,而它带来的希望是更重要的。今年,物理学家测量到了一个参数,它是描述难以捉摸的中微子在以接近光速飞行的过程中,怎样从一种变成另一种的最后一个参数[1]。同时,这个结果意味着在未来几十年,中微子物理将完全如物理学家所期望的那样丰富多彩——甚至有助于解释宇宙是怎样演化成现在这样,包含那么多的正物质和那么少的反物质的。
 
中微子从一些核过程中产生,包括三种类型,或者称之为“味道”。不同类型之间可以相互转换,称为中微子振荡。味道混合的程度取决于6个参数:3个混合角,2个质量平方差,以及1个电荷宇称破坏相位角(CP破坏)[2]。3月份,中国大亚湾反应堆中微子实验的250名研究人员报告了最后一个参数[3]:混合角$\theta_{13}$(读作西塔壹叁)等于8.8度加减0.8度。

结果本身是引人注目的。物理学家并不是每年都能测几个基本参数。但是,真正令人兴奋的是结果带来的深远的意义。测量结果证明全部3个混合角都大于零,这个事实导致中微子振荡与反中微子振荡可能不同。如果$\theta_{13}$等于零,这就不可能发生。


这是一件极其重要的事。这个差别是被称为CP破坏的正反物质不对称的一个例子。物理学家已经发现了基本粒子中的夸克存在CP破坏,但是也知道它不够显著,不能解释为什么宇宙中正物质粒子远远于多于反物质粒子。物理学家认为,如果中微子存在CP破坏,那么它可能有更大的类似效应,造成宇宙中正反物质的不平衡。

事实上,美国、日本和欧洲的研究者正在从事一些实验(规划),用粒子加速器产生中微子,穿过地层打向几百公里外的巨大粒子探测器。现在的研究之一,是寻求确定中微子的质量,而不仅仅是它们之间的质量差别[4]。这三个地区的科学家正在规划更大的实验来寻找中微子之间的CP破坏。大亚湾的结果给这些努力打一针强心剂。

这个结果也标志着中国物理学家的一个成功之举。大亚湾团队研究由深圳大亚湾核电站和两个相邻核电站的反应堆产生的中微子。在做出确定性的测量上,他们打败了法国和韩国基于反应堆实验的团队,以及日本和美国基于加速器实验的团队。


测量$\theta_{13}$不是今年的粒子物理学领域的唯一成果。研究人员使用世界上最大的粒子加速器,在瑞士的大型强子对撞机(LHC)上发现了希格斯玻色子,它是粒子物理学家的标准模型中的最后一部分。但如果LHC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就是粒子物理的未来——事实上,中微子有质量甚至不是标准模型的一部分。如果是这样,大亚湾实验的结果可能就是标志着这一领域起飞的时刻。


 


太快了!
中国的大亚湾反应堆中微子实验于2007年开工建设,利用2个月的数据,它在日本、法国、韩国、美国的竞争者之前抢先发布了结果。

 

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注[1] :这里不太准确,最后一个参数是仍然未知的CP相角,$\theta_{13}$是最后一个混合角。
注[2] :Science原文为3个质量差、3个混合角,不正确。
注[3] :Science原文为最后一个未知参数,见[1]。
注[4] :不太准确,加速器中微子实验不能测中微子绝对质量(理论上有可能)。
注[5] :题目“应急计划”(Crash Project)应该是指大亚湾实验临时变阵提速,从原先计划的8个探测器改为先运行6个探测器,以尽快获取物理结果。取得成果后,另2个探测器今年夏天完成了安装。
注[6] :2004年大亚湾实验开始寻求立项时写的立项依据:“近年来中微子实验取得了重大突破, ……Super-K的结果被授予了2002年诺贝尔物理学奖,SNO与 KamLAND实验的结果也分别被《科学》杂志评为当年的世界十大科技突破。 …… 不论是测得$\theta_{13}$,或只给出其上限值,均有极为重要的意义,绝不亚于SNO与 KamLAND实验。”3月份大亚湾公布结果时,确实是粒子物理几年来最突出的成果。不巧的是,LHC正好今年7月公布了发现上帝粒子的消息,使不确定性大大增加,因为一个领域很难同时入选两个。差点难以交待。



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