http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2012-05-13
最新测量证实“中微子超光速”系误差所致
欧洲核子研究中心（CERN）3月16日公布最新测量结果显示，去年9月“中微子振荡实验”中，中微子运行速度并未超过光速，原测量结果存在误差。
中微子发射装置
欧洲核子研究中心研究项目负责人塞尔吉奥·贝尔托卢奇通过公报向媒体证实，有证据显示，相关实验结果受到了测量误差干扰。贝尔托卢奇表示，欧洲核子研究中心将继续与意大利格兰萨索国家实验室合作，在今年5月进行新一轮“中微子振荡实验”，以期给出准确答案。
去年9月，意大利格兰萨索国家实验室下属的一个名为“OPERA”的实验装置接收了来自欧洲核子研究中心的中微子，两地相距730公里，中微子跑过这段距离的时间比光速还快了60纳秒（1纳秒等于10亿分之一秒）。消息一出，立刻引起轰动。然而，欧洲核子研究中心2月23日发布公报称，此前使用的中微子测速方法存在两处问题，可能导致测量结果出现偏差。
[新华网]
相关报道
大亚湾中微子实验发现新的中微子振荡模式
大亚湾中微子实验国际合作组发言人王贻芳3月8日在北京宣布，大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子振荡，并测量到其振荡几率。这一重要成果是对物质世界基本规律的一项新的认识，对中微子物理未来发展方向起到了决定性作用，并将有助于破解宇宙中“反物质消失之谜”。
“大亚湾实验的结果具有极为重要的科学意义。它不仅使我们更深入了解了中微子的基本特性，也决定了我们是否能够进行下一代中微子实验，以理解宇宙中物质－反物质不对称现象，即宇宙中‘反物质消失之谜’。”中国高能物理学会理事长赵光达院士说。
据介绍，中微子是一种极难被探测到的基本粒子，在微观的粒子物理和宏观的宇宙起源及演化中都极为重要。中微子共有三种类型，它可以在飞行中从一种类型转变成另一种类型，称为中微子振荡。
中微子的前两种振荡模式即“太阳中微子之谜”和“大气中微子之谜”已被实验证实，其发现者凭此获得了2002年诺贝尔奖，但第三种振荡则一直未被发现，甚至有理论预言其根本不存在。
由于科学意义重大，国际上先后有7个国家提出了8个实验方案，最终进入建设阶段的共有3个。中国科学院高能物理研究所的科研人员2003年提出设想，利用我国大亚湾核反应堆群产生的大量中微子，来寻找中微子的第三种振荡，并提出了实验和探测器设计的总体方案。
由于这一方案具有独特的地理优势和独到的设计，得到了国际上的广泛支持，目前汇集了来自中国大陆、美国、俄罗斯、捷克、中国香港和中国台湾等6个国家和地区的200多名科学家共同参与。
据介绍，大亚湾实验是一个中微子“消失”的实验，它通过分布在三个实验大厅的8个全同的探测器来获取数据。每个探测器为直径5米、高5米的圆柱形，装满透明的液体闪烁体，总重110吨。周围紧邻的核反应堆产生海量的电子反中微子，近点实验大厅中的探测器将会测量这些中微子的初始通量，而远点实验大厅的探测器将负责寻找预期中的通量减少。
在2011年12月24日至2012年2月17日的实验中，科研人员使用了6个中微子探测器，完成了实验数据的获取、质量检查、刻度、修正和数据分析。结果表明中微子第三种振荡几率为9．2％，误差为1．7％，从而首次发现了这种新的中微子振荡模式。
大亚湾中微子项目是中国基础科学领域最大的国际合作项目，也是美国能源部基础研究领域对外投资第二大的国际合作。“大亚湾中微子实验项目对于加强基础研究领域的国际合作、提高中国在该领域的原始性创新能力都具有十分重要的意义。”中科院院长白春礼说。
[新华网]
专家再析大亚湾实验发现“中微子新振荡”
这可能是中国实验物理学最大成就
“探测到第三种中微子振荡，意义十分重大。”全国政协委员、中科院兰州分院近代物理所博士生导师蔡晓红在两会间隙，跟记者聊起了刚刚发布成果的大亚湾中微子实验，“前两次中微子振荡的发现者都得到了诺贝尔奖。”
“我感觉，这有可能是中国实验物理学最大的成就。”蔡晓红介绍说，在中国实验物理的历史上，吴有训1920年代研究X射线散射“康普顿效应”，还有吴健雄1950年代验证宇称不守恒，是最为重要的事件——两位前辈都是在美国做的实验。
据《自然》网站3月8日报道，大亚湾中微子实验首次精确地测定了一种新的中子振荡的振荡几率。而在2011年，日本、美国和法国的同类实验都未做到这一点。
中微子分三种。所谓振荡，就是一种变成另一种。中微子就好像一块怪味糖，刚尝着是甜的，一会儿变酸，一会儿又变苦。三种振荡中的两种，已经被确认存在了。而另一种就是大亚湾的科学家们试图寻找的。
核裂变反应堆是科学家青睐的中微子源，在大亚湾核电站附近，每秒流过的中微子数量，多达10的21次方。中国科学家参加的国际团队在地下挖了大洞（防止太阳中微子干扰），布置了离核电站远近不同的几个探测器。如果靠近核电站的探测器和较远的探测器结果明显不一，就说明中微子在这段旅程中变身了。中微子不喜欢与其他粒子互动。极大量的中微子穿过探测器中的特殊物质，才产生一丝半点的“变质产品”，供睁大眼睛的科学家寻找。
在大亚湾，他们的运气极好——这个差异很明显。
蔡晓红认为，中国的实验之所以成绩更好，除了运气外，应该是实验和仪器设计中采用新的思路，提高了探测精度。而这些思路有可能接下来应用于其他中微子实验。
“实验技术创新或许能应用于其他领域。但实验主要还是为了满足人类的好奇心。”蔡晓红说。探测中微子振荡引起科学界兴趣，是因为它为研究反物质打下基础。
中科院副院长詹文龙院士评价说，这一结果“使我们知道中微子物理有一个光明的前景：可以较为容易地建造下一代中微子实验，寻找中微子振荡中的CP破坏。”
所谓CP破坏，是物理学设想的机制，它让宇宙中的物质远多于反物质。现在我们缺乏验证的手段，而大亚湾地下的胜利，有可能开辟一条通向答案的道路。
[科技日报]
中微子新振荡测量揭秘：每天数据量310GB
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。
[科技日报]