中国科学家助力破解反物质消失之谜
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  成功测得梦寐以求的sin22θ13,令反物质消失之谜接近破解,也让中国科学家距离诺贝尔物理学奖又近一步

  粒子物理学界突然成了全球的焦点,其频频放出的重磅新闻简直已经令人应接不暇。

  先是欧洲大型强子对撞机“撞”出“中微子超光速”,挑战爱因斯坦“相对论”。接着欧洲核子研究中心宣布,所谓“中微子超光速”可能是由于实验光缆松动导致的“乌龙”。再接着,美国费米实验室宣布已经通过相关实验接近证实“上帝粒子”希格斯波色子的存在。

  最近的重磅新闻来自中国。3月8日,大亚湾中微子实验国际合作组宣布,该组织已经通过实验发现了第三种、也是最后一种中微子振荡,并测量到其振荡几率约为0.092。这是迄今为止中国物理学界取得的最重要科研成果,也为世界粒子物理学的发展开辟了新天地。

  成果宣布当天,《科学》在线版就发表文章称,“此次成果完成了一幅中微子的概念图”,从而为“中微子与反中微子行为间不对称实验”铺平了道路,其将有助于解释为何物质与反物质的数量存在严重不对称,“θ13非零的事实将使中微子物理学界在未来10年收获丰厚。”

  而亲身参与大亚湾项目的罗伯特·麦基翁则点出了该实验结果如此引人注目的另外一个重要原因,“这是中国有史以来最重要的物理学成果”,“中国粒子物理的时代似乎已经到来。”

  中微子是组成自然界的最基本粒子之一。它不带电,质量只有电子的百万分之一,可以以接近光速的速度自由穿过地球而几乎不与任何物质发生作用。中微子在自然界广泛存在,太阳内部核反应能够产生大量中微子,每秒钟因此通过我们眼睛的中微子数就以十亿计。

  中微子共有3种类型,并可以在飞行中从一种类型转变成另一种类型,这就是通常所说的中微子振荡。中微子振荡的形成,是因为3种中微子的质量本征态与弱作用本征态之间存在混合。混合发生的规律由6个参数决定,分别为3个混合角θ12、θ23、θ13,两个质量平方差△m221和△m232以及一个电荷宇称相位角θcp。

  此前,θ23与△m232已通过大气中微子振荡测得,θ12与△m221亦通过太阳中微子振荡测得。θ13值因此相当重要,因为在此基础上可以证实中微子第3种振荡模式的存在,进而测得中微子振荡中的CP相位角破坏,从而科学解释宇宙中物质与反物质的不对称现象。

  鉴于θ13的特殊重要性,美国物理学会曾在报告中将用反应堆实验测量sin22θ13作为未来试验的“第一优先”。2003年以来,先后有7个国家提出了8个方案,最终进入建设阶段的则有3个,分别是中国的大亚湾实验、法国的Double Chooz实验和韩国的RENO实验。

  在激烈的国际竞争中,中国科学家王贻芳领导的大亚湾实验团队克服了重重困难,完成了探测器的建造与安装、实验数据的获取、刻度、修正和数据分析等,率先取得重大成果。

  除去研究人员的努力,大亚湾中微子实验的选址和设计也功不可没。大亚湾核电基地拥有世界第二大功率的装置,该装置能提供大量反中微子。同时,大亚湾核电基地靠近山,适于建造地下实验大厅,以屏蔽宇宙本底。

  中微子在解释宇宙奥秘中的重要地位,使其相关研究一直是世界各类学术大奖的热门候选。自50年代科学家发现中微子以来,其相关实验已3次赢得诺贝尔物理学奖,两次入围《科学》杂志年度世界十大科技突破。而这次,中国的物理学界可能即将迎来收获的季节。

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