江門中微子實驗
利用反應堆中微子振蕩確定中微子質量順序
江門中微子實驗是利用反應堆中微子振蕩確定中微子質量順序,它對人類了解物質微觀的基本結構和宏觀宇宙的起源與演化具有重要意義。
2015年1月10日在廣東省江門市召開建設啟動會。這是繼大亞灣反應堆中微子實驗之後由中國主持的第二個大型中微子實驗。
這項實驗的首要科學目標是利用反應堆中微子振蕩確定中微子質量順序,它對人類了解物質微觀的基本結構和宏觀宇宙的起源與演化具有重要意義。
實驗站將建在地下700米深處,實驗計劃2014年底開始建設,2019年底建成,計劃2020年投入運行並開始物理取數,運行至少20年。實驗建造的中微子探測器將是世界上能量精度最高、規模最大的液體閃爍體探測器。這一實驗的啟動標誌著我國中微子實驗研究從起步到跨越的轉變。
據介紹,在大亞灣中微子實驗發現中微子的第三種振蕩模式后,國際中微子研究的下一個熱點目標是測量中微子質量順序。中微子有質量,是目前發現的唯一有堅實實驗證據的超出粒子物理標準模型的現象,相關研究有可能發現新物理現象。物理靈敏度分析表明,進行這一研究的實驗最佳站址位於距反應堆50~55公里處,且與所有反應堆距離相等的區域內。
右圖為江門實驗的中微子探測器示意圖:球形的中微子探測器置於水池中心,上下四周均被兩米以上的水包圍以屏蔽本底。在水池頂部採用跡線探測器作為反符合探測器;水池的內壁放置光電倍增管(PMT)探測宇宙射線。實驗所採用的2萬噸液體閃爍體探測器能量解析度達到了前所未有的3%,液體閃爍體是探測中微子的介質。當大量中微子穿過探測器時,偶爾會在探測器內發生反應,發出極其微弱的閃爍光,從而被光敏器件(光電倍增管)探測到。液體閃爍體99.7%的成份是烷基苯,是日用洗滌劑的主要原材料,具有無毒、易生物降解、火災風險低等優點。
江門實驗中微子探測器示意圖
江門中微子實驗地理位置
實驗將在廣東江門市建造一個有效質量2萬噸的液體閃爍體探測器,距陽江和台山反應堆群約53公里,位於地下700米,能量解析度達到前所未有的3%。通過探測來自反應堆的中微子能譜,精確測量反應堆中微子的振蕩信號,以確定中微子質量順序,精確測量4個混合參數,同時研究超新星中微子、地球中微子、大氣中微子、太陽中微子、惰性中微子等多個前沿重大問題。
2019年7月,江門中微子實驗基礎建設進入地下實驗室開鑿的關鍵階段,預期2022年完成建設,未來有望揭開中微子質量順序的謎底。
2020年12月12日,中國第一代中微子實驗裝置——大亞灣反應堆中微子實驗(大亞灣實驗)裝置,在實現原定科學目標、完成科學使命后已正式退役。
大亞灣實驗負責人、中國科學院高能物理研究所所長王貽芳院士表示,江門中微子實驗預期2022年完成建設,它利用陽江和台山兩個核電站群產生的中微子,在不遠的將來,將揭開中微子質量順序的謎底,並在中微子振蕩參數的精確測量、天體中微子、地球中微子、新物理尋找、研究超新星等方面取得國際領先的科學成果。2030年左右,江門中微子實驗可以升級改造為世界最大的無中微子雙β衰變實驗,測量中微子絕對質量,判斷其反粒子是否是其自身。