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中微子新振荡测量揭秘:每天数据量310GB

发布时间:2012年03月16日 15:35 | 进入复兴论坛 | 来源:科技日报 | 手机看视频


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  以中国为主导的大亚湾中微子实验国际合作组近日对外宣布,在大亚湾中微子实验中发现了一种新的中微子振荡,并测量到其振荡几率。这标志着人类在破解宇宙中“反物质之谜”的路上迈出重要一步。

  据记者了解,在此次大亚湾中微子实验中,上海交通大学刘江来中微子团队承担着刻度系统的安装、调试、取数和物理分析工作,也就是设计一把“刻度尺”,帮助测量出新的中微子振荡几率,从而为这一世界性成果做出了关键性贡献。

  上海交通大学物理系主任、粒子物理宇宙学研究所所长季向东教授告诉记者:“大亚湾实验发现了电子中微子振荡的新模式,这种模式的发现对了解为什么物质多于反物质,解释太阳系中元素的丰度有极其重要的作用。在我们所观察到的宇宙中,物质占主要地位,为什么如此,到现在还没有一个合理的解释,大亚湾实验的结果为此打开了一扇门。”

  通过光的多少反推中微子能量

  刘江来说,中微子在探测器中反应时会放出一定量的光,因此可通过观测光的量的多少来确定中微子的能量。“中微子能量越高,反应得到的光就越多,但这并不是简单的倍数关系。”

  在此次实验中,上海交大承担的任务,就是把这之间的转换关系搞清楚,以通过观测到的光的多少来精确地反推出中微子的能量。

  刘江来打了一个比方,测量就是制定一种标准,比如测量长度时要有一把事先校对好的尺子,测量重量时要有几个事先已知重量的砝码。同样,刻度系统就是把几种已知能量的放射源放入探测器,以此得到几种不同能量与观测到的光的量之间的转换关系。

  为所有数据“验明正身”

  刘江来团队独立开发了监控数据质量的实时监控软件、监控网站以及数据库,承担了大亚湾实验数据质量筛选的主要任务。

  他介绍,大亚湾实验采用国际先进的全电子学设计,实验数据每隔十几分钟都会由计算机自动记录,压缩成单个文件,并传送到中科院计算中心和美国伯克利国家实验室计算中心,每天的数据量是310GB。

  由于实验过程中一些不可避免的因素会产生部分干扰数据,这些数据如果混入最后的数据分析中,会严重影响实验结果的正确性。

  有些干扰数据值班人员可以发现,如实验设备的高压异常,有些他们无法直接发现,如大亚湾反应堆异常对实验的影响、宇宙射线短期异常等。

  “每天310GB的数据文件,每一个都要经过层层筛选,以确保最后的数据分析能顺利进行。可以说,我们就是所有数据文件的质监部门。”刘江来表示。

  不放过0.1%的疑似信号

  刻度系统是实现实验能量精确测量的关键之一,但研究人员经仔细研究发现,刻度系统所使用的放射源即使在完全受保护的情况下,也会在探测器中产生少量假的疑似中微子信号,这部分信号大约占不到0.1%。

  刘江来团队计算了这部分疑似信号量,并成为大亚湾合作组最后公布的官方数据。同时,该团队还独立计算了宇宙射线带来的部分疑似信号,很好地验证了合作组其他成员的分析结果。

  为减少误差,该团队对中子探测效率也作了细致的研究。据刘江来介绍,由于中微子与物质相互作用极微弱,不易直接测量。大亚湾中微子实验的手段是利用中微子与探测器内的质子反应,产生中子和正电子;通过探测中子和正电子来间接测量中微子。因此,中子探测效率的精确测量直接关系到中微子探测的准确性,是整个实验的误差控制当中的重要环节。

  记者了解到,中国自然科学基金委和上海市科委对刘江来团队的大亚湾研究做出了重要支持。在上海市科委的支持下,上海交大成立了上海市粒子物理和宇宙学重点实验室,致力于微观和宏观世界最前沿的科学研究。刘江来的中微子团队就是实验室的若干研究团队之一。类似中微子这样的国际重大科学前沿问题的研究团队还有暗物质、宇宙起源和发展、黑洞等。“这些研究都有可能在未来几年内有新的重大突破。”季向东说。