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开平这个神秘实验室进展曝光

发布时间:2019-08-28 01:29 作者:和记娱乐

  据了解,江门中微子实验是继大亚湾反应堆中微子实验之后,由我国主持的第二个大型中微子实验。该实验于2012年由中科院高能所发起,目前已吸引来自17个不同的国家和地区、77个高校与科研院所、600多位科研人员参与。

  据中科院高能物理研究所研究员、开平中微子研究中心主任李小男介绍,江门中微子实验目标设计、研制并运行国际领先的中微子实验站,以测定中微子质量顺序、精确测量中微子混合参数,并进行其他多项科学前沿研究。

  江门中微子实验设计在埋深729米的地下实验大厅开展,实验大厅内的核心是一个直径35米、重2万吨,具有超高纯净度和国际最好能量精度的液体闪烁体中微子探测器。通过测量来自阳江和台山核电站的中微子,来测定中微子质量顺序、精确测量中微子振荡,同时开展对超新星中微子、大气中微子、太阳中微子、地球中微子、惰性中微子、核子衰变、暗物质间接探测等前沿方向的研究。

  △中国水电六局工程人员在700米深的江门中微子实验地下实验室进行中导洞施工(6月23日摄)。新华社记者 刘大伟 摄

  在实验项目建设现场,记者看见位于地面的装配大厅等建筑已建好,通往地下实验主体1341米长的斜井和一口616米长的竖井也已全部打通,目前正在紧锣密鼓地开展地下实验大厅的建设。

  李小男说:“目前地下实验大厅建设进入了拱顶施工的关键阶段,要在700多米深的地下建造跨度50米、高70米的实验厅及附属洞室,从目前世界范围来看都是史无前例的尝试,工程难度可想而知。尤其是大厅拱顶的跨度让施工难度大幅度提升,对施工提出了更高的要求。”

  如中微子的质量顺序、超新星爆发机制等,不仅能对理解微观的粒子物理规律作出重大贡献,也将对宇宙学、天体物理乃至地球物理作出重大贡献。

  虽然大多数人都不知道中微子是什么东西,但李小男介绍说,其实中微子存在于自然界的每个角落,是组成物质世界的最基本的粒子之一。因为中微子不带电荷、质量极其微小,几乎不与物质发生任何反应,因此尽管每时每刻都有数以万亿计的中微子穿过我们的身体,但我们却感觉不到它们的存在。

  科学就是要探寻未知。当有科学家在上个世纪30年代预言存在中微子这个宇宙“隐身人”之后,全世界的科学家就开始为它“竞折腰”了。1956年,美国莱因斯和柯万在实验中首次直接观测到中微子;1962年,莱德曼、施瓦茨和斯坦博格用加速器发现第二种中微子;1998年,日本超级神冈实验以确凿证据发现中微子振荡现象;2013年11月科学家首次捕捉到银河系外的超高能中微子……

  我国对中微子的研究,随着大亚湾中微子实验项目在2011年建成投入运行,在国际上占据了越来越重要的地位。2012年,大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子振荡,并测量到其振荡几率。该发现对中微子物理未来发展方向起到了决定性作用,被美国《科学》杂志评为当年的十大科技突破。

  “正是由于大亚湾中微子实验取得了良好成绩,并在人才队伍建设、经验技术储备打下了良好基础,才得以支撑起了江门中微子实验。”李小男说,中微子研究虽然已取得了不少重大突破,但仍然存在众多未解之谜。其中,江门中微子实验就是奔着解决国际中微子研究中下一个热点和重大问题而去,即测量中微子质量顺序,通俗点讲就是给中微子的质量排序。

  据了解,江门中微子实验可以精确测量中微子6个振荡参数中的3个,并达到好于1%的国际最好水平,同时还将进行超新星中微子、地球中微子、太阳中微子、大气中微子、惰性中微子等多项国际领先的交叉前沿研究。

  建设斜井、竖井通向地下729米,并在那里建设一个跨度50米、高70米的实验大厅,这些基建只是为江门中微子实验提供最基础的平台。

  而整个实验的核心,是在比两个篮球场还长的地下实验大厅里,建造一个直径逾35米的球形探测器,即中心探测器,并要把中心探测器浸泡在一个直径约43米的圆柱形水池中。中心探测器内部要灌装2万吨液体闪烁体,并安装18000只20英寸的光电倍增管等。

  当这些主要设备都安装之后,实验就可以开始了。因为山体、水池等屏蔽体已经把干扰实验的绝大多数宇宙射线等因素排除出去,当有用的中微子通过水池进入中心探测器时,就会与2万吨液体闪烁体中的氢原子核发生撞击,碰撞产生的光被周围的光电倍增管探测、放大,并通过转换器变成数字信号送入计算机,就可供科学家们分析研究了。

  李小男说,江门中微子实验要投入运行,除了要克服基建难关之外,中心探测器、20英寸的光电倍增管等实验设备的研制、安装也非常有挑战性。比如,之前其它实验用的20英寸光电倍增管,全世界只有日本的一家公司能生产。

  为了使江门中微子实验不受制于人,在实验开始前,王贻芳就启动了大光电倍增管的预研,带领高能所和合作单位的团队,通过4年的攻关,终于在2015年底研制出关键技术指标达到国际先进水平的样管,拥有完全自主知识产权,并进入工程化和批量生产准备阶段,为江门中微子实验开展创造了良好条件。

  “真是天时地利人和,非常巧。”李小男说,根据物理灵敏度分析,这个实验站要建在距离反应堆50—55公里范围内,跟几个反应堆距离要严格相等,且核反应堆越强越好,而且实验要埋深超过700米,因此最好是山里,山越高越好,而且必须是石头山,才能屏蔽宇宙射线。

  根据这些苛刻的条件,中科院高能物理研究所在广西、广东多地选址,最终发现金鸡镇这个地方最合适。“我们根据物理要求划了个2公里长、200米宽的区域,距离阳江和台山反应堆距离相等,约53公里,打石山正好落在里面,而且还是周边唯一一座石头山,十分巧合。”李小男说,有大亚湾实验取得成功的“天时”,有金鸡镇这么合适的“地利”,还有广东省、江门市、开平市等各级党委政府及当地群众大力支持的“人和”,项目选择到金鸡镇是非常正确的选择。

  “当地老百姓太好了,到目前一点矛盾纠纷都没有。”李小男说,地方政府对项目的实施也给予了很大帮助,我们遇到什么困难或有什么需求,各级领导和相关部门,都会立即帮忙协调解决,效率也非常高。

  李小男说,中微子实验项目研究设备及实验站本身没有任何环境危害,实验中不使用任何放射性物品和有害物。大量使用的只是一种叫烷基苯的液体,这种液体是人们日常生活中使用的洗衣粉(液)的原料,无毒、无味,对人体没有任何危害性,而且这些液体也密封在不锈钢罐中,普通人平时根本接触不到。另外实验也不排放任何有害废物、废水和废气,不会污染地下水,只有岩石中渗出的地下水需要排出地面,地面建筑只有生活污水需要统一处理。

  李小男说,江门中微子实验建成后将会运行30年以上,他们将把驻地建设成科普基地,并积极开展各种科普活动,以便更好地服务地方发展和当地群众。

  1956年,美国科学家莱因斯和科万利用核反应堆实验首次测到中微子。莱因斯因此获得了1995年的诺贝尔物理学奖。

  1962年,莱德曼、施瓦茨和斯坦伯格在美国布鲁克海文实验室利用质子加速器发现了第二种中微子μ中微子。他们因此获得了1988年的诺贝尔物理学奖。

  1968年,美国的戴维斯探测到太阳中微子;1987年,日本的小柴昌俊探测到超新星中微子,共同获得了2002年诺贝尔物理学奖。

  1998年,日本超级神冈实验以确凿证据证实中微子的丢失,是因为中微子发生了振荡。2001年,加拿大SNO实验证实失踪的太阳中微子转换成了其它中微子。日本的梶田隆章和加拿大的麦克唐纳获2015年诺贝尔物理学奖。

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