中微子是粒子物理前沿研究領(lǐng)域之一,是通向新物理學(xué)的鑰匙,至今仍有大量未解之謎。過去30年已有4個諾貝爾獎頒發(fā)給了中微子領(lǐng)域的科學(xué)家。我國中微子研究由大亞灣中微子實驗起步,從無到有并走到了世界前列,實現(xiàn)跨越式發(fā)展。
大亞灣中微子實驗是以我為主的大型國際合作實驗,項目組2003年提出了原創(chuàng)性的實驗方案,2011年初步建成了國際領(lǐng)先的實驗裝置,并于2012年在激烈的國際競爭中率先取得重大成果:發(fā)現(xiàn)對應(yīng)于θ13的中微子振蕩新模式。這是在我國本土誕生的重大物理成果。實驗結(jié)果一經(jīng)發(fā)布,立即在全球科學(xué)界引起熱烈反響,被評價為中微子物理的里程碑,入選了美國《科學(xué)》雜志評選的2012年度十大科學(xué)突破,獲得了2016年基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎和2016年度國家自然科學(xué)一等獎。
大亞灣方案提出之初,中微子研究面臨激烈的國際競爭,俄羅斯、法國、美國、日本、巴西和韓國等7個國家相繼提出8個θ13測量方案,最終3個得以實施,包括韓國的RENO實驗和法國的Double Chooz實驗。大亞灣實驗探測精度位居國際同類裝置第一,美國能源部因此放棄自己的2個方案,轉(zhuǎn)而加入中國的大亞灣實驗。
大亞灣實驗得到了科技部、中科院、國家自然科學(xué)基金委、廣東省、深圳市和中國廣東核電集團的支持,6家單位共同出資1.57億元人民幣,美國能源部投資3400萬美元,加上俄羅斯、捷克、中國香港和中國臺灣的數(shù)百萬美元投入,使其成為中國基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域最大的國際合作項目,開創(chuàng)了國家、地方政府、企業(yè)及國際合作共同支持基礎(chǔ)研究的先例。
為贏得國際競爭,中國科研人員克服異地建設(shè)種種困難,在幾年的建設(shè)期間加班加點,數(shù)據(jù)分析階段爭分奪秒,最終搶先發(fā)現(xiàn)中微子的第三種振蕩,比韓國RENO實驗快了25天。新聞聯(lián)播“走基層”欄目、五一“勞動者”特別節(jié)目專門報道了大亞灣團隊的事跡。大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗團隊獲首屆“2017全國創(chuàng)新爭先獎牌”。
大亞灣實驗 “以我為主”,實驗方案采取了中科院高能所的設(shè)計方案,關(guān)鍵技術(shù)、實驗數(shù)據(jù)全部分析過程完整獨立掌握在我們自己手中,最終發(fā)表的文章中采用的也是中科院高能所的結(jié)果。既重視國際合作又力爭項目主導(dǎo)權(quán),中國科學(xué)家通過創(chuàng)新設(shè)計方案和解決大量技術(shù)難題,以出色的工作贏得了國際同行的認可和尊重。大亞灣實驗培養(yǎng)了一批具有國際水平的青年骨干,造就了一支優(yōu)秀的研究隊伍,特別值得一提的是不少創(chuàng)新思想都是來自青年科學(xué)家。2016年度國際純物理與應(yīng)用物理聯(lián)合會(IUPAP)粒子物理領(lǐng)域的青年科學(xué)家獎授予了中國的青年科學(xué)家,這是該獎項第一次頒發(fā)給中國大陸的粒子物理學(xué)家。
大亞灣實驗發(fā)現(xiàn)新中微子振蕩的振幅遠大于科學(xué)界的預(yù)期,為下一代的中微子實驗鋪平的道路。新一代的中微子實驗研究瞄準質(zhì)量順序和CP相位角兩大熱點問題。中國的江門實驗、法國在地中海的 ORCA 實驗,美國的 DUNE 實驗、日本的超級神岡實驗、印度INO實驗等多個新實驗被批準。
江門中微子實驗是繼大亞灣中微子實驗之后,由我國主持的第二個大型中微子實驗,已開始建設(shè)。實驗將建造世界上能量精度最高、規(guī)模最大的液體閃爍體探測器,首要科學(xué)目標是確定中微子質(zhì)量順序,并將進行超新星中微子、地球中微子、太陽中微子、大氣中微子、惰性中微子等多項國際領(lǐng)先的交叉前沿研究。目前研制工作取得多項關(guān)鍵進展,挑戰(zhàn)性的技術(shù)難關(guān)逐個破解。有機玻璃球等項目簽約,國產(chǎn)光電倍增管打破國際壟斷實現(xiàn)量產(chǎn)。