大亞灣裝置：攔下中微子，看看究竟

中微子——基本粒子中最詭秘的一位，落入了中國人的陷阱，并招供出它的變身秘密。深圳大亞灣核反應堆群的360米外，百米高的花崗巖山體腹中，藏著中國迄今最成功的粒子物理實驗裝置——大亞灣中微子裝置。它在2012年3月8日宣布成功發現了新的中微子振蕩模式，引起世界矚目；《科學》雜志網站說，大亞灣實驗裝置“可以說是中國有史以來最重要的物理學成果”。

大亞灣發現中微子第三種變化

中微子來自核反應堆、太陽、超新星、地球內核等處，攜帶著暗物質和天體的秘密。它們是基本粒子中的“隱士”，質量小、不帶電，幾乎不與任何粒子反應。只有大亞灣裝置這樣包含海量粒子的探測器，才能僥幸攔下來幾個中微子。

中微子分三種：電子中微子、μ中微子和τ中微子。它們可以“振蕩”——從一種類型變成另一種。3種振蕩的量化描述是θ12、θ23和θ13。前兩種已在大氣中微子和太陽中微子實驗中找到。

大亞灣實驗是對第三種振蕩模式的測量。這種振蕩中，主要由電子中微子組成的“大隊人馬”，在行軍路上變成了主要由τ中微子組成的團隊。θ13數值的大小決定了未來中微子物理研究的設計方向。

由于科學意義重大，國際上曾先后提出了8個相似的中微子實驗方案。中科院高能物理所提出的大亞灣實驗方案因具有地理優勢，設計獨特，取得了國際上的關注。美國能源部就放棄了支持本國的兩個實驗方案，轉而支持美國科學家加入大亞灣實驗的合作。

大亞灣的科學家本來預計，實現測量θ13到1%精度的實驗目標，大約需要兩年。但開始取數后3個月，2012年3月，他們就宣告勝利。大亞灣實驗裝置的成功是把θ13算得很準——8.8度，誤差為正負0.8度。

精巧的實驗設計

從陽光燦爛的海濱到鉆入黑暗的山洞，全長3000多米大亞灣排牙山隧道，3個相連的像電影廳一樣大小的地下實驗室中，分布著8個中微子探測器。每個探測器是直徑5米、高5米的圓柱，有著不銹鋼的外殼，內裝透明的“液閃”（液體閃爍體）。它們被放在水池中。

無論是水，還是“液閃”的主要成分烷基苯，質子密度都很高。附近的核反應堆，每天產生10的26次方個反中微子，它們穿過水和烷基苯時，極少數（每天1000個）會迎面撞上質子，產生光子和中子；中子再跟液閃反應，放出光子。液閃中的釓會加速這個過程。微弱的光，被探測器內的光電倍增管放大，得以記錄下來。中微子能量越高，反應射出的光就越強，但不是成比例的，需要科學家從光的強度算出中微子的能量。