中國第一代中微子實驗裝置——大亞灣反應堆中微子實驗(大亞灣實驗)裝置,在實現原定科學目標、完成科學使命後已於12日正式退役。
主持大亞灣實驗的中國科學院高能物理研究所(中科院高能所)表示,大亞灣實驗取得的重要成果,不僅讓中國在基礎科學國際前沿的中微子研究領域躋身全球第一方隊,更為未來中微子研究指明方向,打開了新一代中微子研究大門。
為下一代中微子實驗打開一扇大門
大亞灣實驗負責人、中科院高能所所長王貽芳院士表示,大亞灣實驗使科學家對物質世界的基本規律有了新的認識,該實驗發現的中微子振盪振幅比預期要大得多,為未來中微子研究指明了方向,包括中國的江門中微子實驗、美國的「沙丘」實驗(DUNE)和日本的頂級神岡實驗(HyperK)等新一代的大型中微子實驗裝置因此得以開始建設。
從大亞灣實驗成長起來的青年科學家、中科院高能所實驗物理中心副主任溫良劍研究員說,大亞灣實驗發現一種新的振盪模式,測到跟這個振盪模式相關的混合角θ13的值不為零,「(θ13的值)在過去理論上是不清楚的,發現其不為零,給下一代中微子實驗打開了一扇大門」,為下一代實驗規劃進一步測量中微子質量順序、CP破壞相角等提供方向和奠定基礎。
他透露,大亞灣實驗裝置雖然退役停止運行,但其實驗數據分析還會持續兩到三年,科研人員將持續開展物理分析,儘可能發掘物理成果。
中微子振盪測量精度未來幾十年不會被超越
取得豐碩科學成果、才「17歲」的大亞灣實驗裝置為什麼要退役?
王貽芳指出,實驗繼續運行很大程度上是為了提高精度,精度不能提高,繼續運行就沒有意義。大亞灣實驗的精度已經不能由增加數據量來改善,它的整個誤差是由丁器設備本身精度所決定,而丁器設備本身的精度已達到極限,再運行下去精度不能提高,就是浪費人力財力物力。
他說,到目前為止,大亞灣實驗對θ13測量的統計誤差已小於系統誤差,繼續運行也不會提高精度,其他相關研究目標數據量也基本足夠,所以從投入產出比考慮,決定大亞灣實驗於2020年12月退出現役停止運行。
王貽芳強調,目前,大亞灣實驗中微子振盪振幅的測量精度已從2012年的20%提高到3.4%,預期最終精度將好於3%。這是自然界的基本參數,其精確測量具有重要科學價值。可以預期在未來幾十年,該精度不會被其他實驗超越。
推動國際科技合作促進人才培養
大亞灣實驗是中美兩國在基礎研究方面迄今最大的國際合作項目,俄羅斯、捷克,中國香港和中國台灣都對實驗建設和科學研究作出重要貢獻。大亞灣實驗國際合作組由中國與歐美41個研究單位組成,最多時近300位科研人員參與研究。
王貽芳認為,主持和發起大型國際科技合作項目,是中國建設創新型國家和科技強國的一個目標,這一步從小到大的發起、組織、管理、吸引的過程避免不了,大亞灣實驗就是這其中的重要一步,它使得中國的國際科技合作走到一個新的高度,合作範圍、內容、廣度、深度都是前所未有。
他透露,後續江門中微子實驗國際合作規模更大,現在已有18個國家和地區的78個研究單位近680人參加,其中一半以上是外國科學家。中科院高能所規劃中的環形對撞機項目等大科學裝置,也將全方位開展國際科技合作,目標就是推動中國在國際科學界成為大家認可的參與者和領導者。
與此同時,通過中國主導的大型國際科技合作,也培養出一批具有國際水準的科研人才。在大亞灣實驗建設運行過程中,中國有一大批跟國際上同齡人相比絲毫不遜色的青年才幹成長起來,中微子研究從一開始的三五個人,已發展到現在擁有200人的團隊。
江門中微子實驗預期2022年建成
在大亞灣實驗「前浪」的基礎上,江門中微子實驗等「後浪」正緊鑼密鼓建設。
王貽芳透露,江門中微子實驗預期2022年完成建設,它利用陽江和台山兩個核電站群產生的中微子,在不遠的將來,將揭開中微子質量順序的謎底,並在中微子振盪參數的精確測量、天體中微子、地球中微子、新物理尋找、研究超新星等方面取得國際領先的科學成果。2030年左右,江門中微子實驗可以升級改造為世界最大的無中微子雙β衰變實驗,測量中微子絕對質量,判斷其反粒子是否是其自身。
他表示,超新星爆發的99%能量通過中微子釋放出來。按照一般理論預期,银河系100年左右大概有一次超新星爆發,目前银河系已有400年沒看到超新星爆發,也特別期待在江門中微子實驗生命周期內能?看到一次超新星爆發,助力宇宙起源、演化等相關研究。(新華社圖片)