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尽管每秒有上万亿个中微子穿过人们的身体,但是人们很难发现它的踪影.
宇宙诞生于138亿年前.根据已知的物理规律,在宇宙早期,正反物质应该成对产生,是一样多的.可是我们现在的宇宙中,并没有发现大量反物质存在的迹象.那么反物质哪里去了?这是宇宙起源必须回答的关键问题.
中微子是宇宙中最基本的粒子之一,也是我们了解最少的粒子.我们知道,组成物质世界的最基本的粒子共有12种,包括6种夸克和6种轻子.有三种轻子是中微子,分别是电子中微子、缪中微子和陶中微子.它们不构成普通的物质,但无处不在.宇宙诞生的第一秒就产生了无数的中微子并存留至今,在整个宇宙空间中均匀分布,每立方厘米有330个.连每个人也会因体内的钾-40衰变而每天发射约4亿个中微子.
中微子最大的特点就是几乎不和任何物质反应.我们感觉不到它的存在,科学上探测也极为困难.1930年奥地利科学家泡利就预言了中微子的存在,但是过了整整26年,才由美国科学家科万和雷因斯在核反应堆旁探测到中微子.
地球上任何一块指甲大小的地方,每秒钟就有600亿个太阳中微子穿过.但是,要想探测太阳中微子,“相当于在整个撒哈拉沙漠中寻找一粒沙子”.1967年,美国科学家戴维斯在地下1500米深的废弃金矿中进行实验,探测到了来自太阳的中微子.日本的小柴昌俊退休前几周,他所在的神冈实验碰巧探测到了超新星爆发产生的中微子,这也是迄今为止唯一的一次.小柴昌俊因而和戴维斯分享了2002年诺贝尔物理学奖.大亚湾中微子实验站安装场景,4个110吨重的中微子探测器浸泡在2000吨纯净水中.研究人员正在向水池中注入纯净水.
很早就有人提出,假如中微子有微小的质量,就可能出现振荡现象.比如反应堆产生电子反中微子,以接近光速飞离反应堆后,开始变成另外两种中微子,在2公里左右达到极大值,然后开始变回原来的中微子,像波一样振荡.这是一种在宏观上表现出来的量子干涉现象.
2003年,我国科学家开始计划利用大亚湾核电站发出的中微子,寻找大气中微子和太阳中微子振荡以外的第三种振荡模式.该振荡大小由参数θ13描述.上世纪九十年代的两个反应堆中微子实验未能发现该振荡,说明θ13很小.而它的大小和宇宙起源中的“反物质消失之谜”相关,也决定未来中微子研究的发展方向,因此具有重要的科学意义.大亚湾的核电站共有6个反应堆,总功率大,释放的中微子多;附近有山,适合建立地下实验室,屏蔽宇宙线本底,因此具有地理优势.加上独特的设计,大亚湾方案吸引了美、俄、捷以及港台的科学家参加,其中美国提供了三分之一的实验经费,是美国能源部在国外投资的第二大科研项目.
经过8年的准备和建设.2012年3月8日,大亚湾中微子实验在激烈的国际竞争中率先发现了这种新的振荡,测到了相关的振荡参数θ13,发现它虽然远小于大气中微子振荡和太阳中微子振荡,但比最初估计的要大得多,这为未来的中微子研究打开了大门.
中微子研究已经4次获得诺贝尔奖,但仍然存在很多谜团.中微子振荡现象间接证明了中微子有质量,但我们至今也没能测量到它的质量大小,也不确定在理论上怎么描述,一般认为中微子可能是粒子物理新理论的突破口.
背景简介：
2012年我国大亚湾中微子实验发现新的中微子振荡,入选美国《科学》杂志当年十大科学突破,被授予2016年度“科学突破奖”.江门中微子实验瞄准下一个热点前沿——中微子质量顺序问题,预期2020年建成.
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