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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù)，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

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大亞灣實(shí)驗(yàn)測(cè)得最精確的反應(yīng)堆中微子能譜

2016-02-14 高能物理研究所

【字體：大中小】

語(yǔ)音播報(bào)

　　研究中微子有可能揭示許多未解的物理之謎，包括宇宙的歷史、形成與未來(lái)。在宇宙大爆炸時(shí)期，中微子是產(chǎn)生的最多的粒子之一。現(xiàn)今仍大量產(chǎn)生于恒星內(nèi)部的核反應(yīng)過(guò)程和宇宙射線(xiàn)撞擊地球大氣層過(guò)程。

　　中微子也是核反應(yīng)堆發(fā)電時(shí)發(fā)射的副產(chǎn)物，這使科學(xué)家可以對(duì)其進(jìn)行可控的研究。事實(shí)上，在20世紀(jì)50年代，人們正是在反應(yīng)堆旁首次探測(cè)到了中微子。中微子因?yàn)樾再|(zhì)極不活躍，當(dāng)時(shí)曾被認(rèn)為不可能被探測(cè)到。自那之后，反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)在揭示中微子振蕩（即電子、繆子、陶子三種中微子之間的相互轉(zhuǎn)換）以及其它重要屬性中起了至關(guān)重要的作用。

　　這些實(shí)驗(yàn)的一個(gè)關(guān)鍵因素是需要知道反應(yīng)堆總共發(fā)射了多少個(gè)中微子（稱(chēng)為通量），以及不同能量的中微子各占多少（稱(chēng)為能量分布或能譜）。在早期的研究中，科學(xué)家們根據(jù)對(duì)反應(yīng)堆中復(fù)雜的裂變過(guò)程的理解，通過(guò)計(jì)算或其它間接方法來(lái)估計(jì)這些數(shù)值，對(duì)理論模型具有很強(qiáng)的依賴(lài)性。

　　大亞灣實(shí)驗(yàn)現(xiàn)在給出了最精確的、模型無(wú)關(guān)的能譜測(cè)量，并對(duì)中微子通量進(jìn)行了新的測(cè)量?？偣卜治隽?17天、包含30多萬(wàn)個(gè)中微子的數(shù)據(jù)，其中最具挑戰(zhàn)性的是如何準(zhǔn)確地刻度探測(cè)器的能量響應(yīng)。經(jīng)過(guò)細(xì)致的研究，在大部分能量范圍內(nèi)，中微子能量達(dá)到了前所未有的精度——好于1%。

　　測(cè)得的反應(yīng)堆中微子能譜有一個(gè)意外的特征：在能量5百萬(wàn)電子伏特（MeV）左右，數(shù)據(jù)超出理論預(yù)期10%，對(duì)應(yīng)4倍標(biāo)準(zhǔn)偏差?！斑@個(gè)意外的測(cè)量與預(yù)言不一致，說(shuō)明現(xiàn)有計(jì)算需要改進(jìn)，”大亞灣共同發(fā)言人、加州大學(xué)伯克利分校及伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的陸錦標(biāo)說(shuō)。另外兩個(gè)實(shí)驗(yàn)也得到了類(lèi)似的結(jié)論，但其測(cè)量精度不如大亞灣。

　　這個(gè)偏差顯示出了直接測(cè)量反應(yīng)堆中微子能譜的重要性，特別是對(duì)于那些使用該譜型來(lái)研究中微子振蕩的實(shí)驗(yàn)尤為重要，同時(shí)也暗示依賴(lài)于模型的計(jì)算可能需要重新研究?！拔覀兤谕髞啚硨?shí)驗(yàn)獲取更多的數(shù)據(jù)，更好地理解探測(cè)器，以提高能譜測(cè)量的精度，這對(duì)下一代反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要，比如江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)?！贝髞啚硨?shí)驗(yàn)共同發(fā)言人、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的曹俊說(shuō)。他也是正在建設(shè)中的江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)的副發(fā)言人。

　　大亞灣實(shí)驗(yàn)對(duì)中微子通量的測(cè)量顯示，反應(yīng)堆中微子的總產(chǎn)額比某些模型的預(yù)期值低6%。這個(gè)結(jié)果與以往實(shí)驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果一致。這種現(xiàn)象被稱(chēng)作“反應(yīng)堆中微子反?！?。該現(xiàn)象可能來(lái)自理論模型的缺陷，也有很多人認(rèn)為可能是由惰性中微子振蕩引起的，后者是一個(gè)理論上假設(shè)的粒子?！胺磻?yīng)堆中微子反常”是否存在仍然是一個(gè)未解之謎。

　　大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)測(cè)得了迄今為止最精確的反應(yīng)堆中微子能譜。實(shí)驗(yàn)采集了世界上最大的反應(yīng)堆中微子樣本，分析了部分?jǐn)?shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)與理論預(yù)期存在兩處偏差，這為未來(lái)的反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)提供了重要的測(cè)量數(shù)據(jù)。該結(jié)果于2月12日發(fā)表于美國(guó)《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）。
　　研究中微子有可能揭示許多未解的物理之謎，包括宇宙的歷史、形成與未來(lái)。在宇宙大爆炸時(shí)期，中微子是產(chǎn)生的最多的粒子之一?，F(xiàn)今仍大量產(chǎn)生于恒星內(nèi)部的核反應(yīng)過(guò)程和宇宙射線(xiàn)撞擊地球大氣層過(guò)程。
　　中微子也是核反應(yīng)堆發(fā)電時(shí)發(fā)射的副產(chǎn)物，這使科學(xué)家可以對(duì)其進(jìn)行可控的研究。事實(shí)上，在20世紀(jì)50年代，人們正是在反應(yīng)堆旁首次探測(cè)到了中微子。中微子因?yàn)樾再|(zhì)極不活躍，當(dāng)時(shí)曾被認(rèn)為不可能被探測(cè)到。自那之后，反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)在揭示中微子振蕩（即電子、繆子、陶子三種中微子之間的相互轉(zhuǎn)換）以及其它重要屬性中起了至關(guān)重要的作用。
　　這些實(shí)驗(yàn)的一個(gè)關(guān)鍵因素是需要知道反應(yīng)堆總共發(fā)射了多少個(gè)中微子（稱(chēng)為通量），以及不同能量的中微子各占多少（稱(chēng)為能量分布或能譜）。在早期的研究中，科學(xué)家們根據(jù)對(duì)反應(yīng)堆中復(fù)雜的裂變過(guò)程的理解，通過(guò)計(jì)算或其它間接方法來(lái)估計(jì)這些數(shù)值，對(duì)理論模型具有很強(qiáng)的依賴(lài)性。
　　大亞灣實(shí)驗(yàn)現(xiàn)在給出了最精確的、模型無(wú)關(guān)的能譜測(cè)量，并對(duì)中微子通量進(jìn)行了新的測(cè)量。總共分析了217天、包含30多萬(wàn)個(gè)中微子的數(shù)據(jù)，其中最具挑戰(zhàn)性的是如何準(zhǔn)確地刻度探測(cè)器的能量響應(yīng)。經(jīng)過(guò)細(xì)致的研究，在大部分能量范圍內(nèi)，中微子能量達(dá)到了前所未有的精度——好于1%。
　　測(cè)得的反應(yīng)堆中微子能譜有一個(gè)意外的特征：在能量5百萬(wàn)電子伏特（MeV）左右，數(shù)據(jù)超出理論預(yù)期10%，對(duì)應(yīng)4倍標(biāo)準(zhǔn)偏差。“這個(gè)意外的測(cè)量與預(yù)言不一致，說(shuō)明現(xiàn)有計(jì)算需要改進(jìn)，”大亞灣共同發(fā)言人、加州大學(xué)伯克利分校及伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的陸錦標(biāo)說(shuō)。另外兩個(gè)實(shí)驗(yàn)也得到了類(lèi)似的結(jié)論，但其測(cè)量精度不如大亞灣。
　　這個(gè)偏差顯示出了直接測(cè)量反應(yīng)堆中微子能譜的重要性，特別是對(duì)于那些使用該譜型來(lái)研究中微子振蕩的實(shí)驗(yàn)尤為重要，同時(shí)也暗示依賴(lài)于模型的計(jì)算可能需要重新研究?！拔覀兤谕髞啚硨?shí)驗(yàn)獲取更多的數(shù)據(jù)，更好地理解探測(cè)器，以提高能譜測(cè)量的精度，這對(duì)下一代反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要，比如江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)。”大亞灣實(shí)驗(yàn)共同發(fā)言人、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的曹俊說(shuō)。他也是正在建設(shè)中的江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)的副發(fā)言人。
　　大亞灣實(shí)驗(yàn)對(duì)中微子通量的測(cè)量顯示，反應(yīng)堆中微子的總產(chǎn)額比某些模型的預(yù)期值低6%。這個(gè)結(jié)果與以往實(shí)驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果一致。這種現(xiàn)象被稱(chēng)作“反應(yīng)堆中微子反常”。該現(xiàn)象可能來(lái)自理論模型的缺陷，也有很多人認(rèn)為可能是由惰性中微子振蕩引起的，后者是一個(gè)理論上假設(shè)的粒子?！胺磻?yīng)堆中微子反常”是否存在仍然是一個(gè)未解之謎。

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