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》