1. 首頁 > 生活百科 > >

中國踏上探尋反物質關鍵征程

探測器


中國踏上探尋反物質關鍵征程

兩個直徑5米、高5米、重110噸的中微子探測器被成功安裝在巨型水池中 ?？蒲腥藛T正在進行實驗前的系統調試 。
8月15日，在廣東大亞灣反應堆中微子實驗大廳 ， 兩臺重達110噸的巨型中微子探測器正式捕捉到來自核電站反應堆群中的中微子 。
在中科院、科技部、基金委、美國能源部等單位的支持下，這個歷時4年建成的大科學工程滿載著科學家的希望，踏上探尋反物質丟失之謎的關鍵征程 。
“反物質消失之謎”有望揭開
中微子，是組成自然界的最基本粒子之一 。世界上目前一共發現了三種中微子（電子中微子、μ中微子以及τ中微子） 。而科學家研究發現，太陽中微子（電子中微子）和大氣中微子中的μ中微子在傳輸過程中 ， 觀測值往往是理論值的三分之一到一半左右 。這種“失蹤”現象實際上是一種中微子轉換成了無法探測到的另一種中微子 ， 這被稱為“味振蕩” 。
目前，決定振蕩過程的振蕩參數矩陣的六個參數中有四個已經得到 。而大亞灣反應堆中微子實驗項目，則把目光瞄準了第五個重要參數?茲13混合角 。
有科學家評價，這項實驗有望揭開“反物質消失之謎” 。
根據“大爆炸”理論，宇宙在誕生之時 ， 物質與反物質應該是同時產生的 。但在過去的近百年里，人類在可觀測到的150億光年宇宙范圍內，一直沒有發現自然界中有反物質存在的跡象 。可能的答案只有兩種反物質已經徹底不存在了 ， 或者它仍在別處 。而中微子振蕩參數矩陣中的最后一個參數CP相位角或許將最終揭開謎底 。
“如果CP相位角是零的話，那就意味著物質與反物質的衰變速度是一樣的，即現在物質和反物質還應該是一樣多 ， 反物質必然隱藏在我們尚未找到的某個地方 ?！贝髞啚撤磻阎形⒆訉嶒烅椖抗こ谈苯浝怼⒅锌圃焊吣芩芯繂T曹俊表示，“如果不為零，反物質很可能已經衰變掉了 ， 我們再也沒有可能找到‘反物質世界’了 ?！?br /> “然而，要完成這一步，?茲13數值的測量將是不可跨越的一步 。只有在對?茲13完成測量之后 ， 科學家才能真正明白怎樣去測量CP相位角 ?！贝髞啚硨嶒灪献鹘M發言人、中國科學院高能物理研究所常務副所長王貽芳表示 。
“?茲13混合角所代表的是電子中微子和τ中微子之間轉換的性質和幾率 ?！?br /> 曹俊進一步解釋，“如果?茲13混合角數值大于0.01，那么我們揭開‘反物質丟失之謎’僅剩最后一個參數 。如果這一數值小于0.01，那么最后一個參數將難以測量 。”
我國主導 美國力挺
“這一實驗項目最終將中微子振蕩幅度測量至1%的精度以內 ， 這遠比正在進行中的其他實驗精確得多 ?！泵绹茉床縿趥愃共死麌覍嶒炇业拇髞啚澈献鹘M發言人Kam-Biu Luk表示 。
“大亞灣核電站提供了絕佳場所 。這一實驗項目緊鄰世界上第二大核反應堆群，反應堆功率越高 ， 探測的中微子就越多，測量的數值就越精確 。”曹俊介紹 。
據了解，探測?茲13需要近距離觀測能量比較低的中微子 。雖然太陽中微子的能量??，但距离太远；春V形⒆幽芰扛?，但通量（單位時間內通過單位面積的粒子總數）也不夠 。受中微子振幅極大值的限制，在距離反應堆2公里左右的地方放置探測器是較好的選擇 。
大亞灣中微子實驗通過8個完全相同的探測器來獲取數據，探測器放置在附近三個地下實驗大廳中 。距大亞灣反應堆360米的一號實驗大廳最早開始投入運行 ， 距嶺澳反應堆約500米的二號大廳今年秋天將開始運行，最遠的三號大廳離核反應堆群約兩公里，也會在2012年的夏天開始取數工作 。
這一實驗的中方經費由科技部、中國科學院、自然科學基金委、廣東省、深圳市和中國廣東核電集團共同支持，這不僅開創了國家、地方與企業共同支持基礎科學研究的先河，還開創了我國在國際合作大型科學實驗中進行主導的先河 。
王貽芳介紹 ， “由于中微子實驗科學意義重大，國際上曾先后提出了8個實驗方案，但由于各種原因取消了5個 。而由我國科學家提出的大亞灣實驗方案具有獨特的地理優勢和獨到的設計，得到了國際上的廣泛支持” 。
自2006年起，大亞灣中微子實驗工程籌建時，就吸引了來自6個國家和地區的39個研究機構 ， 250名研究人員參與 。
由于中方的設計方案絕佳，美國能源部最終放棄了本國的兩個實驗方案，轉而支持美國科學家加入大亞灣實驗的合作 ?！斑@代表了美國政府在這一實驗上的觀點 。”王貽芳表示 ， “這使該實驗成為中美在基礎研究領域規模最大的合作之一，也是美國能源部在國外投資的第二大粒子物理實驗項目 ， 僅次于歐洲的大型強子對撞機（LHC） 。”
多項中科院創新成果助力
采訪人員在試驗大廳看到：每個中微子探測器為直徑5米 ， 高5米的圓柱形 。有科學家告訴采訪人員：“當捕捉到中微子時，探測器內的液體閃爍體將發出微弱的閃光 。安裝在探測器的內表面的高靈敏度的光電倍增管 ， 放大并記錄這些閃光 。進而即可進行精確測量 ?！?br /> 曹俊介紹，探測器中灌注的“摻釓液體閃爍體”正是中科院在該項目中的一大創新 ?！耙后w閃爍體是一種有機物，而釓卻是一種無機物，兩者很難相溶 。其透明度也決定了實驗的成功與否 ?！?br /> 此前法國的一項同類研究中，正是因為其探測器中灌注的液體閃爍體在運行100天后變為渾濁，從而被迫終止 。
中科院高能所的研究人員基于多年積累的稀土化學與放射化學的經驗與學術積累，發明了新的化學配方與化學制造程式，在小規模試驗和4噸放大試驗的基礎上，成功完成了180噸的批量生產 。
曹俊表示：“實驗要求液體的性質必須完全一樣，因此 ， ‘摻釓液體閃爍體’必須經受大規模生產的考驗 。目前探測器中使用的‘摻釓液體閃爍體’是2010年一次性生產并灌注進去的，2007年小規模試驗和2009年4噸放大試驗生產的‘摻釓液體閃爍體’，到目前一直沒有任何問題 ?！贝髞啚持形⒆訉嶒灴蒲腥藛T透露：“目前韓國中微子實驗也是使用我們的配方 ?！?br /> 在該項目中，中科院參與工程設計的科研人員的創新還有很多 。如：多模塊設計、水屏蔽設計、反射板設計……采用了很多以前未接觸的材料和工藝，解決了大量技術難題 。
中科院院長白春禮也在該大科學工程開工建設時指出 ， 大亞灣中微子實驗項目對于加強基礎研究領域的國際合作、提高我國在該領域的原始性創新能力都具有十分重要的意義 。
【中國踏上探尋反物質關鍵征程】
科學時報