中微子振荡现象 基础物理突破大奖: 揭秘王贻芳与大亚湾中微子实验[好网角文章(2)

2012年3月，在北京的中国科学院高能物理研究所，王贻芳与紧张展开着战斗。中微子振荡现象总数接近300人的研究团队经过55天不眠不休的不断摸索之后收集到了实验数据。不可能出现错误。在带着祈祷进行分析时，计算公式显示出可靠的趋势——以99.9999％以上的精度确定了“第三种中微子振荡”。

作为基本粒子，中微子是构成物质的最小单位之一。在物理学和天文学领域，这是全世界研究人员等都在竞相获取成果的最尖端研究主题。在日本，东京大学特别荣誉教授小柴昌俊以此荣获诺贝尔奖，并由此广为人知。王贻芳等人发现的是在这些中微子研究中被视为“最后的未知数”的物理现象。

构成物质世界的12种最基本粒子，其中3种为中微子

然而早在大亚湾中微子实验项目之初，整个工程估算下来至少需要1.5亿元。王贻芳拿出自己的“百人计划”人才基金，加上高能所特批的几十万元也只有百万元，相比亿元只是杯水车薪。没办法，他只好一个一个“找支持”，最终，包括科技部在内的6家单位共同出资1.57亿元。

尽管“第三种振荡”变化非常小，甚至被视为“或许并不存在”，但王贻芳充满信心：“因为合作者很多，而且实验设备精良！”不过，大亚湾中微子项目的主要合作方中国、美国却在实验方案上出现了分歧：若按照美国的方案走，可以争取到国际合作，但中方的贡献和地位就有限；反之，可能就没有国际合作，项目可能根本无法在国内立项。王贻芳在最关键的时刻顶住了压力，单刀赴会，舌战群儒，“我坚信我的方案最正确。而且中国要花这么多钱，如果把方案让给你们，这种事情绝对不能做！”虽然这次碰撞并不算愉快，但从结果上看，王贻芳为中国保住了中微子实验的主导权。

其实，所有的努力或许都来自王贻芳对物理学的热爱与执着。“要问研究中微子是否能让我们的生活更美好，完全没有这种作用。但是，我希望加深对这个宇宙和世界的理解。”

利用反应堆中微子实验测量θ13

当时国际中微子物理实验的前沿是精确测量中微子混合参数θ13。其重要性体现在θ13是中微子物理中两个最基本的未知参数之一，其数值的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，则中微子的CP相角可以测量，宇宙中物质与反物质的不对称可能得以解释。如果它太小，则中微子的CP相角极难测量，用中微子来解释宇宙中物质与反物质不对称的理论便难以证实。θ13接近于零也预示着新物理或一种新的对称性的存在。因此不论是测得θ13或只给出其上限值，均有极为重要的意义。与jia速qi实验相比，反应堆中微子实验可以毫不含糊地确定中微子混合参数θ13，具有造价低，速度快的优点。

大亚湾与岭澳核电站

大亚湾核电基地是我国目前在运行核电装机容量最大的核电基地。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，共有六台百万千瓦级压水堆核电机组。

核电站在发电的同时，会产生大量的中微子。中微子振荡现象反应堆的功率越大，释放的中微子数就越多，实验精度就越高。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400米左右的山体。这是一个得天独厚的地理条件。由于足够的岩石覆盖，山体下实验大厅里的宇宙线将减到很小，这是进行高精度中微子实验的一个重要前提。因此，大亚湾是世界上目前发现的最适合进行θ13实验的地方。

大亚湾中微子实验整体布局

实验方案

由于测量θ13具有重大科学意义，2003年前后国际上有7个国家提出了8个实验方案，最终进入建设阶段的共有3个：中国的大亚湾实验、法国的Double Chooz实验和韩国的RENO实验。

大亚湾实验的布局方案如图所示，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。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字宙线探测系统。中微子探测系统共有八个模块，两个近点各放置2个，远点放置4个。此外还有两个功能厅，用于液体闪烁体的混制、贮存和灌装，及水的净化处理。