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大亚湾实验中，中微子探测器被安装在水池中。（图片由中国科学院高能物理所提供）
大亚湾中微子实验国际合作组发言人、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳今天宣布,大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子振荡(θ13),并测量到其振荡几率(sin22θ13)。众多中外著名物理学家表示,这一发现与宇宙中“反物质消失之谜”的研究有关,“对未来中微子物理的发展方向起着决定性的作用”。
中微子是一种不带电、质量极其微小的基本粒子,共有三种类型:电子中微子、μ中微子和τ中微子。目前已知的构成物质世界的12种基本粒子中,中微子占四分之一,在微观的粒子物理和宏观的宇宙起源及演化中同时扮演着极为重要的角色。
中微子有一个特殊的性质——它可以在飞行中从一种类型转变成另一种类型,这种性质被称为中微子振荡。王贻芳介绍说,中微子振荡是中微子研究的中心问题,它是检测中微子质量的方法,并且与宇宙学中一些关键问题有关。中科院院士、粒子物理学家陈和生举例说:“按照大爆炸理论,物质与反物质应该是等量的,但为什么我们身边只观察到物质,没有反物质呢?”这个“反物质消失之谜”很可能与中微子振荡中的宇称及电荷反演破坏(CP破坏)有关。
原则上说,三种中微子之间相互振荡,两两组合,应该有三种模式。但奇怪的是,科学家们只发现了两种——大气中微子振荡和太阳中微子振荡。第三种振荡一直未被发现,甚至有理论预言:第三种振荡根本不存在。
第三种振荡究竟是否存在?为了找出答案,2003年前后,共有7个国家提出了8个实验方案。中微子质量极轻,不带电荷,与物质的相互作用十分微弱,极难探测,需要体积庞大的探测器。在8个方案中,最终只有中国的大亚湾实验、法国的Double Chooz实验和韩国的RENO实验进入建设阶段。大亚湾实验率先取得了实验数据,在国际竞争中占据鳌头。
“这种新的中微子振荡模式的发现,使我们对物质世界的基本规律有了新的认识。”王贻芳说:“这种振荡的振幅比预期要大得多,使我们能够很好地准备下一代物理实验,解决中微子振荡中另外两个问题——中微子质量顺序和中微子振荡中是否有宇称和电荷反演破坏。”(记者 齐芳)
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