江門中微子實驗將設(shè)計、研制并運行一個國際領(lǐng)先的中微子實驗站,以測定中微子質(zhì)量順序、精確測量中微子混合參數(shù),并進行其它多項科學(xué)前沿研究。
【科學(xué)研究】中微子的質(zhì)量順序,是國際中微子研究的核心問題。日本、美國、歐洲、印度、韓國等5個國家有7個實驗正在計劃或已進行這方面的研究。江門中微子實驗將測量中微子質(zhì)量順序,精確測量中微子混合參數(shù),同時也將研究大氣中微子、太陽中微子、超新星中微子、地球中微子等,具有豐富的物理目標(biāo)。
【實驗建設(shè)】江門中微子實驗2015年開始建設(shè),計劃2023年底建成并開始運行取數(shù)。建設(shè)內(nèi)容包括:位于地下700米的地下洞室、大型的水池、一個裝滿2萬噸液體閃爍體和光電倍增管的中微子探測器以及少量配套的設(shè)施。實驗本身不產(chǎn)生廢氣、廢液等有害物質(zhì),對周圍環(huán)境也不產(chǎn)生有害影響。
2萬噸的液體閃爍體探測器,位于地下700米,能量分辨率達到前所未有的3%。液體閃爍體是探測中微子的介質(zhì)。當(dāng)大量中微子穿過探測器時,偶爾會在探測器內(nèi)發(fā)生反應(yīng),發(fā)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(zāi)風(fēng)險低等優(yōu)點。
液體閃爍體密封在鋼和有機玻璃制作的容器中,然后浸泡在一個巨大的水池中。水池中也安裝光電倍增管,用來探測宇宙線。
在我們生活的日常環(huán)境中,實際存在大量的宇宙射線和來自巖石、空氣、灰塵的天然放射性。如果不加任何屏蔽,它們在探測器中產(chǎn)生的信號將比稀有的中微子信號多上億倍。因此,中微子探測器需要一個極其干凈的環(huán)境:需要放在很深的地下,用巖石來阻擋宇宙射線;需要泡在水池中,用水來阻擋來自巖石、空氣、灰塵的天然放射性。
【實驗地點】江門中微子實驗將建于廣東江門開平市金雞鎮(zhèn)、赤水鎮(zhèn)一帶的打石山。
江門中微子實驗的大氣中微子、太陽中微子、超新星中微子、地球中微子等研究對具體實驗地點沒有要求,但最重要的科學(xué)目標(biāo)——測量中微子質(zhì)量順序,要求位于距反應(yīng)堆約60公里,來自反應(yīng)堆的中微子在此處振蕩效應(yīng)最明顯。打石山正好位于距陽江和臺山反應(yīng)堆等距的53公里處。同時,山體也能屏蔽宇宙射線。
【實驗意義】粒子物理是最重要的科學(xué)前沿之一。中微子研究是國際粒子物理研究的熱點,也是唯一有實驗證據(jù)超出粒子物理標(biāo)準模型,可以取得重大突破的方向,是粒子物理、天體物理和宇宙學(xué)研究的交叉。
我國大亞灣實驗已在這一世界前沿?zé)狳c領(lǐng)域取得重大成果,發(fā)現(xiàn)了中微子第三種振蕩模式,打開了理解反物質(zhì)消失之謎的大門。江門中微子實驗將解決國際中微子研究中下一個熱點和重大問題:中微子質(zhì)量順序,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(xué)、天體物理、乃至地球物理做出重大貢獻。
江門中微子實驗將帶動建立一支國際領(lǐng)先的科研團隊,使我國的粒子物理研究走在世界前列,并帶動國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新,為實現(xiàn)科技強國戰(zhàn)略做出重要貢獻。