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大田湾实验如何帮助中国建立一个中微子遗产

21 Apr 2021
从2021年4月起拍摄的 物理世界 它在标题下出现在“中微子物理学中的中国权力”。物理研究所成员可以享受全部问题 通过这一点 物理世界 app.

凌鑫 审查了最近关闭的Daya Bay反应堆中微子实验的遗产在Neutrino物理学,美国 - 中国合作和未来中微子设施

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一个时代的结束 官员于2020年12月12日在Daya Bay反应器中微子实验的远端探测器的退役仪式上举行会议。 (礼貌:大亚湾合作)

在中国南方深圳附近的地下实验室,官员于2020年12月12日聚集在十年的十年历史上,这不仅揭开了中微子的秘密,而且还培养了中美科学合作。上午10点30分之后。 王王 来自中国科学院高能源物理研究所(IHEP),按下了一块停止的红色按钮 大亚湾反应器中微子实验 从采取数据。几分钟后,盖子被拆除,四个巨大的圆柱形罐,含有高度纯净的水。

“今天我们在这里庆祝大田湾反应堆中微生实验的完成,该实验已经满足了所有任务,”在仪式期间,合作的共同发言人Jun Cao jun Cao。由于Coronavirus限制,只有一名小型观众,但是在线加入了170万人,看到实验结束。其中包括 kam-biu luk是来自加州大学的伯克利和劳伦斯伯克利国家实验室和实验美国发言人的粒子物理学家,他们在加利福尼亚州的家中观看了Livestream。 “我曾在我的生活中工作过一些实验,”他告诉 物理世界,“但大亚湾已经实现了非常有益的。这肯定是我们所有人的快乐结局。“

早些年

出生于核互动,中微子非常轻,难以抓住,但它们在我们周围的各地。它们有三种类型 - 电子,μ子和tau - 在靠近光速附近的旅行时变形。由于日本,美国,加拿大等国家的大型中微子探测器,到2000年代初,物理学家对电子中学粒子如何转化为Muon和Tau Neutrinos(如太阳中微子振荡)以及Muon Neutrinos如何转化为TAU Neutrinos(如大气中微子振荡)。然而,电子杂质振荡的情况 - 中微子振荡拼图中的最后一个缺失件,参数“θ-13” - 仍然不清楚。

一些科学家建议使用核反应堆来研究这种中微子振荡,因为反应器是良好的中微子来源,而LUK意识到它可能是解决THETA-13问题的最佳方式。他开始寻找日本,韩国和美国的潜在地点。 Luk最初来自香港,也知道大亚湾核电站并将其添加到他的名单上。

大亚湾在很多方面突出,尤其是因为大亚湾和凌AO反应堆足够强大,以产生大量的抗癫痫。该网站也在山脉旁边,使宇宙光线的施工和屏蔽更容易。鉴于推断θ-13最有效的方案是将近距离网站的Antineutrino事件进行比较,该团队计划八个探测器,四个距离反应堆之间的300到500米 - 配音“近探测器” - 四个位置2千里距离。

大亚湾仍然是中国与美国之间最大的合作基础研究,并从双方那里受益于科学家

Luk选择了Daya Bay,2003年底联系了IHEP潜在的合作。尽管在中国缺乏中微子研究人员,但是领导学院实验部门的王某知道这是一个不容错过的机会,并开始寻找资金和人民。该想法还迅速赢得了美国能源部的支持,后来贡献了总成本的三分之一,其中包括首次加入的CAO。他在Fermilab的博士后研究,他立即缩短了探测器的形状等基本设计问题以及液体闪烁体的发展,与布鲁克海汶国家实验室的合作者一起完成。

学生也参与了该项目。他们包括Liangjian Wen,他在Hefei科技大学学习核物理,并在北京来到了他的本科项目上工作。缺乏建筑探测器,他被要求开发在探测器内部和底部放置的反射面板,以前从未在类似的实验中使用过的技术。 “面板可以将光子反射到侧面,所以我们必须使用更少的光电倍增管,节省约2000万元,”温家宝说。 Wen从头开始做所有东西,学会了用于支撑结构的材料,如何在面板之间应用反射膜,以及如何用高精度组装面板。 “我们到底完成了这一点,”他补充道。 “反射板给出了探测器更简单的结构和更好的性能。”

令人惊讶的发现

Daya Bay于2011年12月24日开始采取数据,当只有八个探测器中只有六个都到位时。研究人员迅速消除噪声信号并识别指示在最初几天内收集的数据的东西。曹某记得他们在夜晚工作的生动地,有很多会议,并使用各种交叉检查方法来确保结果是正确的。然后 2012年3月8日 该协作在北京新闻发布会上宣布了Theta-13的开创性调查结果。

基于数以千计的抗内突事件,约6%的反应堆的抗内鲁诺斯在从反应器到远地的途中转化为其他类型的中微子。转型率令人惊讶地大,允许王宣布发现一种新型中微子振荡的发现。对于曹,这是一个很棒的惊喜,因为它只需要55天来获得批评的重要答案的最终答案,其价值结果远远大于预期。在八年之后,随着团队收集和分析更多的数据,θ-13的测量精度通过六倍提高到3.4%,一个里程碑没有其他实验预计未来20年将超越。

除了Theta-13,实验还制造了其他重要发现。例如,它强烈地挑战了第四类中菌,无菌中性核存在的假设。近探测器的观察清楚地表明,反应器脱落较少的抗癌芽孢杆菌,而不是预测 - 可能是因为一些人变形成无菌中微子。为了澄清案例,团队在铀和钚上进行了单独的测量,两个主要反应堆燃料组分和抗内氨基源。他们发现,对钚的造型和观察相匹配,但铀的主要差异。 “这在很大程度上排除了解释无菌中毒素缺陷的理论,”王说。 “如果存在无菌的中微子,它们应该以同样的方式作用于钚和铀。”

大亚湾遗产

大亚湾仍然是中国与美国基础研究中最大的合作,并从双方受益于科学家。对于中国而言,中微子研究团队从2000年代初到今天大约100人的少数人群增长。对于美国而言,大田湾实验结果比美国独自完成实验更便宜,更快。

我们渴望明天,在新一代实验中展示中微子物理学中的更多未知数

Jun Cao.

由于关闭仪式以来,八个探测器已被分开,有一些组件,如电子设备在江门地下中微子天文台(JUNO)中重复使用 - 中国的下一个主要中微子实验。其他部件已捐赠给海外实验,其中包括32吨的钆掺杂的液体闪烁体和50吨未掺杂的液体闪烁体,以为JSNS2的日本实验。

其余的实验将给予教育或外展的学校。与此同时,主要的实验室大厅将重新展开关于实验的展览设施。该团队还将继续分析完整的数据集,这将拨打另一个年份或两个人来完成。

IHEP研究人员努力确保 朱诺 将在2022年底之前跑步。它将寻求制定不同类型的中微子的大规模订购,这将有助于其他即将到来的中微子设施 深层地下中微子实验 在美国和 Hyper-Kamiokande Neutrino天文台 在日本检查他们的绝对值,也可能透露了为什么宇宙由物质而不是反物质组成。 “这些问题将使粒子物理学家从现在开始占用几十年,”Luk说。

研究人员还开发了朱诺第二阶段的关键技术,这将进行中微生的双β衰变试验,以研究中微子是他们自己的南方酒,并寻求测量中微子的绝对质量。然而,曹感觉不到今天的湾结束了。 “相反,我们渴望明天,”他说,“在新一代实验中揭示了中微子物理学中的更多未知数。”

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