揭秘星星“死亡”的奧秘 中國江門中微子實驗正在國際研究中“加速跑”

新民晚報訊(記者 易蓉)星星是如何“死亡”的？高能宇宙射線從哪來？這些問題的解答需要人類利用一種能夠“刺”入宏觀和微觀世界的“研究探針”，而無所不在的中微子就是最好的選擇。因此，對這種看不見摸不著“幽靈粒子”的研究是世界科學界的共同焦點，亦是前沿研究的激烈競爭領域。在這場充滿合作與競爭的科學征程中，中國江門中微子實驗備受關注和期待。今日，江門中微子實驗第十三屆國際合作大會在上海交通大學李政道圖書館舉行，記者在會上獲悉，江門中微子實驗經(jīng)過五年籌備和基建工作，正進入探測器安裝、整合的關鍵階段，來自17個不同的國家和地區(qū)、77個高校與科研院所、600多位科研人員組成的國際團隊緊密協(xié)作，保持該項目在國際競爭中位于領先水平。

據(jù)了解，我國科學家主導的大亞灣中微子實驗于2012年發(fā)現(xiàn)第三種全新的中微子振蕩模式，完善對三類中微子相互轉(zhuǎn)變的理解，因此獲得2015國際基礎科學“突破”獎(Breakthrough Prize)和2016年國家自然科學一等獎。但中微子身上還存在著許多未解之謎。比如，三種中微子的質(zhì)量誰最重、誰最輕(質(zhì)量順序)？中微子到底有多輕？它們是不是自己的反粒子？這些問題都是國際科學界密切關注的研究前沿，美國、日本等研究團隊也正通過不同科學路徑探究同一科學目標。

在發(fā)現(xiàn)第三種中微子振蕩模式后，中國啟動了中微子后續(xù)研究——在距陽江和臺山反應堆群分別約53公里的廣東江門啟動“江門中微子實驗”。一場起步于領先起跑線的“加速跑”啟程了。2013年項目申請到國家戰(zhàn)略性先導科技A類專項的支持，也是側(cè)重前瞻戰(zhàn)略科技的A類項目中唯一的以單一實驗項目為內(nèi)容的專項。有人說這比常規(guī)經(jīng)費支持申請渠道快了至少四、五年。

這項研究是一個龐大的長期工程。江門中微子實驗合作組于2014年由高能所發(fā)起成立，吸引了來自17個不同的國家和地區(qū)、77個高校與科研院所、600多位科研人員。一方面，江門實驗室的基礎設施開始了緊鑼密鼓的籌建，而另一方面，龐大的國際團隊也分組在各自的實驗室里開展研究。經(jīng)過5年的籌建，江門實驗室即將完成基建工作，探測器安裝和整合的關鍵階段正在進行。江門中微子實驗項目發(fā)言人、2015年基礎科學突破獎得主、中科院高能所所長王貽芳院士表示，實驗運行后，能夠回答一系列重大科學問題，如中微子的質(zhì)量順序，超新星爆發(fā)機制等，不僅能對理解微觀的粒子物理規(guī)律做出重大貢獻，也將對宇宙學、天體物理、乃至地球物理做出重大貢獻。項目副發(fā)言人之一、來自于意大利國家核科學研究所的資深研究員吉爾切諾·拉努奇(Gioacchino Ranucci)表示，在世界幾個最大規(guī)模的中微子實驗項目中(JUNO、美國的DUNE、日本的HyperK等)，江門中微子實驗將有望首次測定中微子質(zhì)量順序，并且對三類中微子振蕩參數(shù)的完備性測量到前所未有的精度(1%)。合作組將液體閃爍體這個核心技術(shù)推進到前所未有的成熟度，未來10年將在基本粒子和天體物理領域取得一系列結(jié)果，成為國際中微子實驗項目中的明星。

“龐大的實驗項目，我們都得熟悉到每個元器件，才能確保每個子系統(tǒng)的接口設計能夠滿足科學需求。”大會共同主席之一，上海交大團隊副教授徐東蓮說。這位科學家去年剛剛從南極“冰立方”合作組引進上海交大，“冰立方”團隊去年發(fā)現(xiàn)了首個擁有銀河系之外源頭的超高能中微子，徐東蓮長期致力于尋找高能天體陶中微子和高能中微子瞬變源，加入上海交大后她將在江門中微子實驗合作組中計劃開展中微子天文學方面的研究，“超新星的爆發(fā)中，99%的能量散發(fā)是通過中微子進行的中微子研究也將揭曉星星死亡秘密等一系列天文問題。”

大會另一位共同主席，上海交大劉江來教授團隊自2009年起加入大亞灣中微子實驗，是大亞灣實驗成果的重要貢獻者。目前，劉江來作為江門中微子實驗合作組執(zhí)行委員會成員之一，承擔了研制中心探測器刻度系統(tǒng)的課題。 “從2013年開始江門中微子實驗國際合作大會已經(jīng)開展了第13屆，每年舉行2次，此次大會是首次在上海進行。我們將在本屆大會期間進行嚴格的內(nèi)部評審，逐一評估各子系統(tǒng)研究小組的接口設計等，并確定未來各國研究單位的任務和時間表。” 劉教授透露，“目前美國、日本等國團隊也正在進行中微子研究，各國的選擇的科學路徑不同，各有側(cè)重，但目標一致。我們的江門實驗在低能中微子方面有優(yōu)勢，而且從整體時間表來看是最快的項目預計于2021年全面完成，運行周期達20年以上。我們計劃在6年內(nèi)解答三種中微子‘孰輕孰重’的問題。”

大會之后，江門中微子實驗首屆國際科學咨詢委員會會議也將于1月19-20日在上海召開，屆時來自日本東京大學、美國杜克大學、意大利SISSA研究所、德國慕尼黑工大、俄羅斯杜布納聯(lián)合核子研究所等世界頂尖學者們將聽取各個課題負責人的報告，對實驗項目的科學和實驗方面提出咨詢意見。

[責任編輯：楊凡、穆楠]

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