消息来自广东大亚湾,中微子震荡参数:中国迄今为止对基 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 20:05:41


http://www.guokr.com/article/114481/

大亚湾中微子实验日前测量到一种新的中微子震荡,这是中国本土首次测量到的基本物理学参数,毫不夸张地说,这是目前为止中国对基础物理学最大的贡献。

2 月 29 号,我来到纽约州立大学石溪分校西蒙斯几何和物理中心,参加非常理论的超弦讨论会,而不意在 3 月 7 号听到来自欧洲的关于希格斯粒子实验的消息(其实是美国费米实验室的结果),在 3 月 8 号听到来自中国关于中微子实验的消息。来自中国的消息,第一次让中国人为本土的科学成绩所感动。
中微子在过去半年中,数次占据了科学新闻的头条。先是 2011 年 9 月 23 号,从意大利格朗索萨(Gran Sasso)地下实验室,传来中微子超光速的震撼新闻,接着在同年 11 月份得到进一步消息。不过,也就是在我来美国前不久,意大利的实验发现了两个漏洞,一个和连接原子钟的光纤有关,一个和原子钟本身有关。这两个漏洞使得中微子超光速的结论变得毫不可信了。部分人兴奋,部分人失落。到底中微子的速度超了光速没有?我们需要等到今年 5 月份,欧洲核子中心重新启动加速器,产生意大利实验室需要的中微子,才能知道最后结果。
世界各地中微子实验的近况

其实,除了中微子超光速新闻之外,2011 年不断地从其他实验组传来关于中微子参数测量的消息。例如,6 月 15 号,日本 T2K 中微子实验,发表了中微子 13 混合角的测量结果(T2K 是 Tokai-to-Kamioka 的缩写,即从东海到神冈的中微子实验)。他们看到, sin22θ13 大约等于 0.11,置信度有 2.5 个标准差。也就是说,这个数值不为 0 的置信度略小于 99%。我们知道,在粒子物理实验中,置信度必须达到 5 个标准差才算发现,也就是说置信度必须达到 99.9999%! 即使如此,T2K 中微子实验结果,被欧洲的物理世界列为 2011 年十大物理突破的第 7 位。

反应堆中微子的振荡规律。(图片:曹俊. 《大亚湾中微子实验结果的简单解释》/科学网博客)
那么, sinθ13 到底是什么?这得从太阳中微子短缺说起。上世纪 60 年代末,科学家发现,来自太阳的中微子数目,比当时的粒子理论预言的要少。人们认为,这是因为部分中微子变成其他类型的中微子,这就是所谓的 “中微子振荡现象”。在基本粒子表中,一共有 3 种中微子。例如,在 β 衰变中产生的是 “电子型反中微子”——当中子衰变成质子时,伴随产生的是电子以及反中微子,这个反中微子由于伴随电子出现,被称为电子型反中微子。除了电子型中微子,还有 “缪子型中微子” 以及 “陶子型中微子”,都和轻子(电子、缪子、陶子)有关。如果太阳中微子由电子型中微子变成其他类型的,我们就能解释太阳中微子的短缺了。当然,如果我们能够探测到所有类型的中微子,中微子其实没有短缺。
那么,为什么不同类型的中微子之间会变换,就像川剧变脸呢?最简单的解释就是,所有 3 种类型的中微子都没有固定的质量,而它们的一些混合才有固定的质量。如果我们用 1、2、3 来标志这些有固定质量的中微子,那么不同的 θ 角代表,不同质量中微子与不同类型中微子之间的关系。例如, θ12 就与电子型中微子和第二个质量中微子之间的混合有关。这些混合角都是基本物理学常数,在深层次上,与宇宙中的物质起源有关。
中微子通过大气时也会振荡,叫 “大气中微子振荡”。太阳中微子振荡和大气中微子振荡实验明确告诉我们, θ12 和 θ23 都比较大,而 θ13 却很小。这个角到底是不是零或者到底有多小?一直是没有解决的问题。从去年到今年 1 月份,一共有 3 个实验得到了不等于零的值,但置信度都不高。这 3 个实验包括前面提到的 T2K 实验,还有美国的 MINOS 实验以及法国的 Double Chooz 实验。前两个实验中的中微子都是加速器产生的,而 Double Chooz 实验中的中微子是核反应堆产生的。Double Chooz 测到的 sin22θ13 是 0.086,比 T2K 的结果稍小,而 MINOS 实验测到的值最小,只有 0.04。虽然这 3 个实验结果差别比较大,但由于实验精度不高,还不算互相矛盾。

中方主导的大亚湾中微子实验

位于中国的大亚湾中微子实验成立于 2006 年,主要由中国人组成,是一个国际合作实验,包括 38 个单位,292 人。其中,主要力量来自中国科学院高能物理研究所,共有 80 人。其次就是位于长岛的布鲁克海文国立实验室,共有 23 人。除了中国和美国,还有来自香港和台湾地区的合作者。中方领导人是现任高能物理研究所所长王贻芳。当王贻芳开始领导这个实验时,他还是副所长。我记得一次在餐桌上,他说,他坚持中方主导。我当时想,这是正确的,如果实验不幸失败或落后于其他几个实验,他要负责;但如果实验成功了,中国人的贡献最大。大亚湾实验的优势在于除了核电站外,那里的地形适合屏蔽其他粒子。

大亚湾中微子实验项目地上外景(limiao.net)
大亚湾中微子实验中方投资不到 2 亿人民币,分别来自科技部、科学院、基金委以及广东地方。位于大亚湾核电站一共有 6 个核反应堆,而中微子实验有 3 个地下实验室,其中两个靠近反应堆(分别为 470 米和 576 米),一个远离反应堆,距离为 1648 米。3 个实验室中共有 6 个重百吨的反中微子探测器,近的有 3 个,远的有 3 个。近探测器探测到的中微子数目,与远探测器探测到的中微子数目会有不同,这个不同可以用来测量反中微子 “消失” 率,从而计算出混合角 。
从 2011 年 12 月 24 号开始,到 2012 年 2 月 17 号这 55 天收集到的数据中,实验组发现,近探测器共探测到 80376 个反中微子,而远探测器只探测到 10416 个中微子。经过计算,他们得到 sin22θ13 = 0.092,而置信度高达 5.2 个标准差,也就是说,实验明确告诉我们这个参数值不为零。前面我们说过,尽管其他 3 个实验组也发现 不为零,这些测量只能算证据,不能算发现,因为精度太低。
这也许是在中国本土首次测量到的基本物理学参数,我们一点也不过分地说,这是中国对基础物理学最大的贡献。在 2012 年 3 月 8 号下午的新闻发布会上,一位来自华盛顿大学的物理学家说: “我的一位著名美国同事说,这是首次来自中国的对物理科学的实质性贡献。” 这里,我向中国同行们表示祝贺。

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大亚湾中微子实验项目地上外景(limiao.net)

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大亚湾近点实验厅 EH1(地下 100 米)。两个直径 5 米、高 5 米、重 110 吨的中微子探测器成功安装在巨型水池之中,水池已逐步灌满超纯水。水池壁上安装着光电倍增管,通过探测宇宙线穿过水后产生的切伦科夫光,去除宇宙线对中微子探测的干扰。(图片:曹俊,blog.sciencenet.cn)

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岭澳近点实验厅 EH2(地下 100 米) (图片:曹俊,blog.sciencenet.cn)

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远点实验厅 EH3(地下 340 米) (图片:曹俊,blog.sciencenet.cn)

http://www.guokr.com/article/114481/

大亚湾中微子实验日前测量到一种新的中微子震荡,这是中国本土首次测量到的基本物理学参数,毫不夸张地说,这是目前为止中国对基础物理学最大的贡献。

2 月 29 号,我来到纽约州立大学石溪分校西蒙斯几何和物理中心,参加非常理论的超弦讨论会,而不意在 3 月 7 号听到来自欧洲的关于希格斯粒子实验的消息(其实是美国费米实验室的结果),在 3 月 8 号听到来自中国关于中微子实验的消息。来自中国的消息,第一次让中国人为本土的科学成绩所感动。
中微子在过去半年中,数次占据了科学新闻的头条。先是 2011 年 9 月 23 号,从意大利格朗索萨(Gran Sasso)地下实验室,传来中微子超光速的震撼新闻,接着在同年 11 月份得到进一步消息。不过,也就是在我来美国前不久,意大利的实验发现了两个漏洞,一个和连接原子钟的光纤有关,一个和原子钟本身有关。这两个漏洞使得中微子超光速的结论变得毫不可信了。部分人兴奋,部分人失落。到底中微子的速度超了光速没有?我们需要等到今年 5 月份,欧洲核子中心重新启动加速器,产生意大利实验室需要的中微子,才能知道最后结果。
世界各地中微子实验的近况

其实,除了中微子超光速新闻之外,2011 年不断地从其他实验组传来关于中微子参数测量的消息。例如,6 月 15 号,日本 T2K 中微子实验,发表了中微子 13 混合角的测量结果(T2K 是 Tokai-to-Kamioka 的缩写,即从东海到神冈的中微子实验)。他们看到, sin22θ13 大约等于 0.11,置信度有 2.5 个标准差。也就是说,这个数值不为 0 的置信度略小于 99%。我们知道,在粒子物理实验中,置信度必须达到 5 个标准差才算发现,也就是说置信度必须达到 99.9999%! 即使如此,T2K 中微子实验结果,被欧洲的物理世界列为 2011 年十大物理突破的第 7 位。

反应堆中微子的振荡规律。(图片:曹俊. 《大亚湾中微子实验结果的简单解释》/科学网博客)
那么, sinθ13 到底是什么?这得从太阳中微子短缺说起。上世纪 60 年代末,科学家发现,来自太阳的中微子数目,比当时的粒子理论预言的要少。人们认为,这是因为部分中微子变成其他类型的中微子,这就是所谓的 “中微子振荡现象”。在基本粒子表中,一共有 3 种中微子。例如,在 β 衰变中产生的是 “电子型反中微子”——当中子衰变成质子时,伴随产生的是电子以及反中微子,这个反中微子由于伴随电子出现,被称为电子型反中微子。除了电子型中微子,还有 “缪子型中微子” 以及 “陶子型中微子”,都和轻子(电子、缪子、陶子)有关。如果太阳中微子由电子型中微子变成其他类型的,我们就能解释太阳中微子的短缺了。当然,如果我们能够探测到所有类型的中微子,中微子其实没有短缺。
那么,为什么不同类型的中微子之间会变换,就像川剧变脸呢?最简单的解释就是,所有 3 种类型的中微子都没有固定的质量,而它们的一些混合才有固定的质量。如果我们用 1、2、3 来标志这些有固定质量的中微子,那么不同的 θ 角代表,不同质量中微子与不同类型中微子之间的关系。例如, θ12 就与电子型中微子和第二个质量中微子之间的混合有关。这些混合角都是基本物理学常数,在深层次上,与宇宙中的物质起源有关。
中微子通过大气时也会振荡,叫 “大气中微子振荡”。太阳中微子振荡和大气中微子振荡实验明确告诉我们, θ12 和 θ23 都比较大,而 θ13 却很小。这个角到底是不是零或者到底有多小?一直是没有解决的问题。从去年到今年 1 月份,一共有 3 个实验得到了不等于零的值,但置信度都不高。这 3 个实验包括前面提到的 T2K 实验,还有美国的 MINOS 实验以及法国的 Double Chooz 实验。前两个实验中的中微子都是加速器产生的,而 Double Chooz 实验中的中微子是核反应堆产生的。Double Chooz 测到的 sin22θ13 是 0.086,比 T2K 的结果稍小,而 MINOS 实验测到的值最小,只有 0.04。虽然这 3 个实验结果差别比较大,但由于实验精度不高,还不算互相矛盾。

中方主导的大亚湾中微子实验

位于中国的大亚湾中微子实验成立于 2006 年,主要由中国人组成,是一个国际合作实验,包括 38 个单位,292 人。其中,主要力量来自中国科学院高能物理研究所,共有 80 人。其次就是位于长岛的布鲁克海文国立实验室,共有 23 人。除了中国和美国,还有来自香港和台湾地区的合作者。中方领导人是现任高能物理研究所所长王贻芳。当王贻芳开始领导这个实验时,他还是副所长。我记得一次在餐桌上,他说,他坚持中方主导。我当时想,这是正确的,如果实验不幸失败或落后于其他几个实验,他要负责;但如果实验成功了,中国人的贡献最大。大亚湾实验的优势在于除了核电站外,那里的地形适合屏蔽其他粒子。

大亚湾中微子实验项目地上外景(limiao.net)
大亚湾中微子实验中方投资不到 2 亿人民币,分别来自科技部、科学院、基金委以及广东地方。位于大亚湾核电站一共有 6 个核反应堆,而中微子实验有 3 个地下实验室,其中两个靠近反应堆(分别为 470 米和 576 米),一个远离反应堆,距离为 1648 米。3 个实验室中共有 6 个重百吨的反中微子探测器,近的有 3 个,远的有 3 个。近探测器探测到的中微子数目,与远探测器探测到的中微子数目会有不同,这个不同可以用来测量反中微子 “消失” 率,从而计算出混合角 。
从 2011 年 12 月 24 号开始,到 2012 年 2 月 17 号这 55 天收集到的数据中,实验组发现,近探测器共探测到 80376 个反中微子,而远探测器只探测到 10416 个中微子。经过计算,他们得到 sin22θ13 = 0.092,而置信度高达 5.2 个标准差,也就是说,实验明确告诉我们这个参数值不为零。前面我们说过,尽管其他 3 个实验组也发现 不为零,这些测量只能算证据,不能算发现,因为精度太低。
这也许是在中国本土首次测量到的基本物理学参数,我们一点也不过分地说,这是中国对基础物理学最大的贡献。在 2012 年 3 月 8 号下午的新闻发布会上,一位来自华盛顿大学的物理学家说: “我的一位著名美国同事说,这是首次来自中国的对物理科学的实质性贡献。” 这里,我向中国同行们表示祝贺。

ywktz3.jpg

大亚湾中微子实验项目地上外景(limiao.net)

ppki9y.jpg

大亚湾近点实验厅 EH1(地下 100 米)。两个直径 5 米、高 5 米、重 110 吨的中微子探测器成功安装在巨型水池之中,水池已逐步灌满超纯水。水池壁上安装着光电倍增管,通过探测宇宙线穿过水后产生的切伦科夫光,去除宇宙线对中微子探测的干扰。(图片:曹俊,blog.sciencenet.cn)

ae72ja.jpg

岭澳近点实验厅 EH2(地下 100 米) (图片:曹俊,blog.sciencenet.cn)

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远点实验厅 EH3(地下 340 米) (图片:曹俊,blog.sciencenet.cn)
这种帖子难道也要政治审核?V5啊。
TG要往天顶星发展了
这个确实是一个重大发现 也是世界级的发现 可惜如果单纯仅仅是这个发现 还是没法拿诺贝尔

除非有意外发现以及后续发现  
李淼的博客上看过了
简而言之。土鳖发现了中微子的第三种振荡模式

而中微子的前两种振荡模式,其发现者凭此获得了2002年诺贝尔奖
LiveLiub 发表于 2012-3-12 21:00
这个确实是一个重大发现 也是世界级的发现 可惜如果单纯仅仅是这个发现 还是没法拿诺贝尔

除非有意外发现 ...
中国人是否一定要纠结于能不能获得诺贝尔呢。。。俺赶脚吧,能真正地做出成绩来才是最重要的吧。。。诺贝尔,人家喜欢给咱也高兴,人家不喜欢给,也没必要去纠结。。。
擦,我的一样帖子还在审核中
御前带枪市委 发表于 2012-3-12 21:21
中国人是否一定要纠结于能不能获得诺贝尔呢。。。俺赶脚吧,能真正地做出成绩来才是最重要的吧。。。诺贝 ...
不算纠结吧  依然为这个发现自豪和高兴  只是希望更早获得 诺贝尔  毕竟诺贝尔物理奖的权威性毋庸置疑

堂堂13亿人口需要这些装点门面

但是中国人获得诺贝尔是迟早的事情  说不定未来获奖的成果其实可能现在已经出来了 。。
洗洗睡吧!这些啊都是台巴子的功劳,巴子那边的媒体已经说是它们发现了中子振荡公式,为世界物理做出极大贡献呢
这的多少水啊?为什么装到大亚湾?难道电厂就给它送电了?
好事,值得祝贺。
对原子物理一窍不通。
有没有人可以科普下这个到底是个啥东西可以运用到什么方面
不懂核物理,但是看来兔子挖洞本身真是不错。动不动就是100米深处
这的多少水啊?为什么装到大亚湾?难道电厂就给它送电了?
探测的就是核电站产生的中微子,那还不是一般水,那是超纯水…
所以说只要有硬件,天天有人守着折腾,科研水平自然就会上去。
中微子不是号称可以毫不费力地穿过地球吗?
亖亖亖亖亖亖 发表于 2012-3-13 01:28
有没有人可以科普下这个到底是个啥东西可以运用到什么方面
这个暂时没有什么直接的应用,如果你硬要找一个,估计好好研究的话可以造个东西让对手的核武器实效
http://lt.cjdby.net/thread-780599-1-1.html
qq潜 发表于 2012-3-12 21:48
洗洗睡吧!这些啊都是台巴子的功劳,巴子那边的媒体已经说是它们发现了中子振荡公式,为世界物理做出极大贡 ...
中子 VS 中微子,far away啊
洗洗睡吧!这些啊都是台巴子的功劳,巴子那边的媒体已经说是它们发现了中子振荡公式,为世界物理做出极大贡 ...
台把子脸皮真厚 是有几个台湾研究员  被说成他们发现的了  这个是中方主导的
hu_sairong 发表于 2012-3-13 10:38
台把子脸皮真厚 是有几个台湾研究员  被说成他们发现的了  这个是中方主导的
说白了就是让它们过来走一下场,沾下光而已,还真敢脸皮厚反客为主的,也就只有巴子了
newhousepig 发表于 2012-3-13 03:38
中子 VS 中微子,far away啊
抱歉我打少了一个字,不过它们的意思确实是这样
qq潜 发表于 2012-3-13 10:46
抱歉我打少了一个字,不过它们的意思确实是这样
要是是极大贡献就申诺奖呗,他们不是应该挺好这口么,还是民煮岛,科技岛咧,

中微子震荡公式,三种不同的震荡何来统一公式,看看Wiki的科普,通篇没提台湾一个字

http://en.wikipedia.org/wiki/Neutrino_oscillation

不过英文的Wiki还没有更新中国的成果,中文版的已经更新了
newhousepig 发表于 2012-3-13 11:11
要是是极大贡献就申诺奖呗,他们不是应该挺好这口么,还是民煮岛,科技岛咧,

中微子震荡公式,三种不 ...
得啦!看过它们诸如台湾科技领先大陆50年,20年后的大陆就是今天的台湾,还有那么多的台湾之光,确实无力吐槽了
继续努力嘛
huor 发表于 2012-3-13 03:08
这个暂时没有什么直接的应用,如果你硬要找一个,估计好好研究的话可以造个东西让对手的核武器实效
http ...
中微子也可以干这事?中微子的反应截面........
一有发现就扯诺贝尔真无聊,好好干活才是真。
超纯水是蓝色的,长见识了
感觉像硼水