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大亞灣中微子實驗新發現提供理解中微子間如何轉變的關鍵性線索

中微子


大亞灣中微子實驗新發現提供理解中微子間如何轉變的關鍵性線索

這是在沒有灌裝閃爍液之前的圓柱形反中微子探測器內部照片 。該探測器用于捕捉反中微子產生的微弱閃光 。高靈敏的光電倍增管排列在探測器的壁上 。
大亞灣中微子實驗的新發現提供了理解不同類型中微子之間如何轉變的關鍵性線索以及有助于闡明為什么宇宙中存在物質 。
在3月8日的時候，國際大亞灣合作組的成員公布了中微子混合角（θ13）測量的新結果（描繪了不同類型中微子之間如何相互轉變），為中微子幽靈般的多變提供了一種解釋（中微子能從一種類型轉變為另一種類型 ， 這種現象稱為“中微子振蕩”） 。
大亞灣的結果使得進一步設計針對物質和反物質不對稱性的測量實驗成為可能 。新的實驗將有助于解釋為什么當今的宇宙中充滿的是物質 ， 而不是等量的物質和反物質 。如果在宇宙中存在著等量的物質和反物質，那么它們之間就會發生相互湮滅轉變為純能量 ， 不留下任何物質 。
有一種理論認為，物質和反物質的不對稱性是在宇宙誕生之后瞬間的某個過程中產生的，產生這種不對稱性的必要條件是電荷-宇稱（CP）發生對稱破缺 。如果發現中微子和反中微子有著不同的振蕩模式，那么將給予這種理論以支持 。
加州大學伯克利分校的物理學家陸錦標（Kam-Biu Luk）說：“該結果非常令人興奮，因為這在本質上允許我們在未來設計新的實驗來進行比較中微子和反中微子振蕩是如何不同的 。這將有希望回答‘我們為什么能夠存在？’這個問題 ?！比绻^測到的第三種類型的振蕩是零或者接近零 ， 那么這將為進一步研究物質和反物質的不對稱性帶來困難 。
中國高能物理所的王貽芳研究員（大亞灣實驗的中國項目主管和發言人）說：“這是一種新的中微子振蕩模式，而且出乎意料的顯著 。我們的精細測量將對中微子振蕩有一個全面的了解以及為未來理解宇宙中物質-反物質的不對稱性鋪平了道路 。”
利用中國核反應堆產生反中微子
中微子振蕩測量的新結果產生于中國廣東省大亞灣核電站的反中微子實驗中 。該實驗是由來自美國、中國、捷克、俄羅斯以及臺灣地區的科學家進行合作完成的 。
大亞灣的核反應堆只產生一種反中微子（電子型反中微子），并通過位于地下的6個探測器進行識別 。這些探測器裝滿了含有釓元素的閃爍液，當電子型反中微子和該液體相互作用時，就會產生藍色的輝光 。因為由核反應堆產生的一些反中微子在傳播的過程中會發生其它類型的轉變，所以位于1.1英里（1.7公里）遠探測到的電子型反中微子的通量就比位于核反應堆只有1640英尺（500米）處的通量要小 。虧損的中微子通量就能使科學家確定混合角（θ13）的具體值 。
物理學家陸錦標說：“雖然我們仍舊有兩個探測器還未能完成實驗設計，但是我們在探測電子型反中微子從反應堆產生到位于大約2千米之外的探測器這段行程中消失的數量方面極其成功 ?！?br /> 中微子和通常的物質相互作用非常微弱，因此它可以輕易貫穿地球 ， 對于中微子來說地球像是不存在一樣 。以往人們以為中微子的質量為零并且以光速運動，中微子被證明是粒子物理標準模型的一個重大挑戰 。過去20年的實驗表明：中微子的確擁有質量并且能夠在三種類型（電子型、μ子型和τ子型）之間振蕩轉換 。
中微子之間能相互轉換，這就要求它們至少要有一定的質量（或許比電子質量的百萬分之一還要?。餼偷賈鋁酥形⒆悠嫣氐納矸菽煙?。每一種類型的中微子是三種不同質量隨時間漲落的混合體 。正如由紅、綠和藍三種色彩組成的白光，當色光的組成比例發生變化時，白光就會發生色調的漂移一樣，中微子的類型也在隨著質量組成比的振蕩而變化 。
物理學家陸錦標說：“一旦中微子開始在空間中傳播，就很難說清楚它是哪一種類型 ， 直到我們去測量它為止 。” 被稱為混合角的三個物理量是描述中微子振蕩方程組的組成部分 。其中較大的兩個量在之前類似的實驗中已經被測量，但是之前的探測器離中微子源有數百千米遠 。與第三個混合角相聯系的振蕩周期是如此之?。?以至于必須用更短基線的實驗才能探測到，這就是大亞灣中微子實驗 。大亞灣和嶺澳核電站的6個動力核反應堆每秒鐘產生千萬億個電子型反中微子，其中6個探測器在2011年12月24日到2012年2月17日期間記錄到了數以萬計的中微子事件 。
到今年夏天，大亞灣將完成剩余兩臺探測器的安裝工作，到時將獲得更多關于中微子振蕩的數據 。因此，大亞灣仍將領先于位于法國、韓國和日本的三個競爭性實驗 。加州大學伯克利分校物理系的物理學家威廉•愛德華滋（William Edwards）說：“大亞灣在測量混合角θ13方面處于世界的領先水平 ?！?br /> 【大亞灣中微子實驗新發現提供理解中微子間如何轉變的關鍵性線索】
搜狐科學（雙螺旋/編譯）