中国的“大亚湾实验”

作者:记者 许琦敏

时间:2011年11月02日   来源:文汇报  

　　除了“超光速”给物理学理论带来挑战，“宇宙小精灵”中微子身上，还隐藏着许许多多的谜团，比如中微子混合参数θ13就是一个重要的谜。

　　θ13是中微子物理中最基本的两个参数之一，精确测量θ13是目前国际中微子物理实验的前沿，因为其数值大小决定了未来中微子物理研究的发展方向。如果sin22θ13大于0.01左右，则中微子可能用来解释宇宙中物质与反物质的不对称；如果它太小，则解释难以证实；若θ13接近于零，也预示着新物理或一种新的对称性的存在。

　　大亚湾是世界上目前发现的最适合进行θ13实验的地方。大亚湾现有两个相距1公里的核电站：大亚湾核电站和岭澳核电站，这里是目前世界第二大反应堆群，到今年年底，总功率将达到17.4G。核电站在发电的同时，会产生大量的中微子。反应堆功率越大，释放的中微子数就越多，实验精度越高。距两个核电站约300米处即有高100米左右的山体，在2公里处有高约400米的山体。由于有足够的岩石覆盖，山体下实验大厅的宇宙线将减到很小。

　　自2003年起，中科院高能物理研究所的研究人员开始进行大亚湾中微子实验的前期研究，并根据大亚湾的特点，提出了原创性的实验方案和探测器设计。近几年，由于θ13的重大物理意义，世界各国竞相提出了8种方案，而“大亚湾实验”以其测量精度最高、工程造价低、速度快等优势，脱颖而出，得到了国际上的广泛支持。美国能源部甚至停止了支持本国的两个实验方案，转而支持美国科学家加入大亚湾实验的合作。

　　从2006年至今，大亚湾国际合作组目前已发展为由来自6个国家和地区的39个科研机构、250名研究人员组成，合作者包括来自美国布鲁克海文国家实验室、劳伦斯伯克利实验室、普林斯顿大学等科研机构的一流学者。

　　大亚湾实验共有3个实验大厅，分别为大亚湾近点、岭澳近点与远点大厅。实验厅均位于山腹内，由水平隧道相连，隧道宽6.2米，高7.2米，总长3100米。两个近点均位于地下100米深处，远点则位于地下350米处。每个实验厅内各有一套宇宙线探测系统。中微子探测系统共有8个模块，两个近点各放置2个，远点放置4个。此外还有两个功能厅，用于实验准备等。

　　目前，该实验基地的土建工程已基本完工，正在进行设备安装与调试。今年8月16日，1号实验厅已捕捉到了第一个中微子。据介绍，明年夏天将产生第一批物理结果，预计三年后，可获得精度高达1%的θ13值。