大亚湾反应堆中微子实验发现新的中微子振荡模式

获奖项目:大亚湾反应堆中微子实验发现新的中微子振荡模式

  主要完成人:王贻芳(中国科学院高能物理研究所),曹俊(中国科学院高能物理研究所),杨长根(中国科学院高能物理研究所),衡月昆(中国科学院高能物理研究所),李小男(中国科学院高能物理研究所)

  推荐单位:中国科学院

获奖等级:国家自然科学奖一等奖

  项目简介:

中微子振荡是一种新的物理现象,即一种中微子在飞行中自发变为另一种中微子。1998 年首次发现大气中微子振荡(对应于?23),2002 年发现太阳中微子振荡(对应于?12)。这两项成果被授予2015 年诺贝尔物理学奖。中微子振荡表明中微子有微小的质量,是超出粒子物理标准模型的目前唯一的实验证据。

寻找对应于混合参数?13 的第三种振荡模式是中微子物理研究的必然,虽然有些理论预言其存在,有些理论预言其不存在(即?13 =0)。?13的大小关系到中微子物理研究未来的发展方向,并和宇宙起源中的“反物质消失之谜”相关, 也是粒子物理学28 个基本参数之一。大亚湾反应堆中微子实验项目组于2003 年提出了原创的实验方案,2011 年建成了国际领先的实验装置,2012 年在激烈的国际竞争中率先取得重大成果:发现对应于?13的中微子振荡模式确实存在,并精确测得其振荡幅度sin22?13约为0.09。

论文发表后,国际著名科学杂志和媒体等发表报道与评论上百篇。美国《科学》杂志将其评为2012 年十大科学突破之一,并称“如果大型强子对撞机的研究人员没有发现标准模型之外的新粒子,那么中微子物理可能是粒子物理的未来,大亚湾的实验结果可能就是标志着这一领域起飞的时刻。”该论文迄今被引用上千次,在2011 年以来的粒子物理论文中排名第三(前两名为发现希格斯粒子的论文)。“因在中微子振荡上的基础性发现与探索,揭示了超越甚至远远超越粒子物理标准模型的新前沿”,大亚湾实验合作组及其负责人与另外4 个实验组分享了2016 年度基础物理学突破奖。

大亚湾实验国际合作组由来自中国、美国、俄罗斯、捷克、中国香港和台湾的38 个研究机构、约270 名研究人员组成。其中约150 人来自境内单位,包括中国科学院高能物理研究所,北京师范大学,成都理工大学,东莞理工学院,华北电力大学,南京大学,南开大学,清华大学,山东大学,上海交通大学,深圳大学,西安交通大学,中国广东核电集团,中国科学技术大学,中国原子能科学研究院,中山大学等。

该项目只涵盖境内项目组的贡献,其中包括:1)提出了具有创新性的完整实验方案和探测器设计,精度超过以往实验一个量级以上,也大大超过同期国际上的同类实验。2)负责全部土建与通用设施,以及约一半探测器的研制(包括液体闪烁体,中心探测器钢罐,反射板,阻性板探测器,读出电子学与数据获取等,并参与台湾负责的3 米有机玻璃罐),而外方负责了另一半探测器的研制(包括有机玻璃罐,光电倍增管及其电缆、高压,水系统,自动刻度装置等)。3)发展了具有一系列创新的数据分析方法,获得了完整独立的物理分析结果,并唯一地被本推荐奖项的代表性成果论文所采用。

项目组在国际重要会议上获特邀报告近百个。项目组集体或主要完成人获得了基础物理学“突破奖”、美国物理学会“潘诺夫斯基奖”等国内外多个奖项。

 

大亚湾反应堆中微子实验的物理成果入选美国《科学》杂志评选的2012年十大科学突破



中微子探测器测量到的中微子数与预期中微子数的比值。虚线表示无振荡。红线为中微子振荡曲线的最佳拟合值

 



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