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港大物理系參與大亞灣中微子振盪實驗記錄核電廠反應粒子

2011年08月15日

 

籌備八年的大亞灣中微子振盪實驗(大亞灣實驗)現已完成系統建設，其首對探測器亦已開始運行，協助測量及記錄核電廠反應所產生的反中微子。中微子為基本粒子中的幽靈。認識其將有助解決一些令科學家困惑已久的基本粒子物理及宇宙學難題。是項實驗集多個國際研究團體之力，其中的香港研究組，由香港大學物理系梁幹莊博士和潘振聲博士，以及香港中文大學物理系朱明中教授所組成。自籌備以來他們已積極參與實驗，負責設計、建造、監控幾個子系統，以及數據擷取的工作。對於第一對探測器正式投入運作，港大物理系梁幹莊博士難掩內心喜悅：「我們花了四年時間設計、四年時間建造子系統，如今看見系统正式運行，我當然感到高興。」潘振聲博士亦表示：「看著此研究項目成長、壯大，並投入取數階段，我的確十分鼓舞，畢竟香港難有機會參與如此重要的基本粒子物理實驗。毗隣核電廠區的地利，加強了我們在此項目擔當的角色，尤其於物流和人流管理方面。」

中微子是不帶電的粒子，可由核反應產生，宇宙大爆炸、恆星(如太陽)核心及核反應堆都是大量中微子產生的源頭。中微子能輕易穿過人體、建築物，甚至整個地球，而不與任何物質產生反應，以致極難被探測到。目前已知的中微子有三種類型-電子類，緲子類和濤子類中微子，且在傳播的過程中不斷由一類轉化成另外兩類，稱為中微子振盪現象。描述電子類中微子振盪的其中一個參數稱為混合角θ13，目前實驗上卻未知其數值。大亞灣實驗的目標，是以前所未有的高精密度量度θ13。這對於中微子物理的發展至為重要。不但開啓了超越粒子物理標準模型的窗囗，亦對宇宙學及天體物理學中眾多領域有舉足輕重的影響，或許有助於解釋宇宙中物質遠多於反物質這個重大難題。

大亞灣實驗由中國大陸、美國、香港、台灣、俄羅斯與捷克的三十九所院校、共二百多位科研人員參與合作。這是歷史上第一次有本港科研人員參與這樣大型而重要的基本粒子物理實驗。香港研究組得到香港研究資助局共一千七百萬元的資助，主要負責設計及建造反中微子探測器的礦物油監控及密封氮氣系统，以及一個連續的氡氣監測系统，以確保探測器不受汚染，亦參予實驗數據擷取及分析的工作。

大亞灣實驗座落於中國廣東省深圳市大亞灣核電廠區內，距香港巿中心五十五公里遠。廠區內的三座核電廠是世界上發電功率最高的核電廠群之一，提供了大亞灣實驗大量的反中微子。八個反中微子探測器分別放置於三個實驗站點，分別是大亞灣近點、岭澳近點與遠點。實驗站點設於核電廠周圍的山內，實驗點上端的岩層降低了宇宙射線的干擾，提高實驗的精準度。大亞灣實驗屬於"消失"實驗。兩個近點設於離核電廠反應爐不到五百公尺，負責量測反應爐出來的反中微子流量；遠點設於距反應爐約兩公里處，量測經過振盪後消失了的反中微子流量，進而推算出θ13 數值。其中大亞灣近點已開始擷取數據，岭澳近點則預計在今年秋天投入運行，遠點預計2012 年夏天開始取數。由於中微子極難被探側到，大概每天只有數百粒，預計三個站點需要取數兩到三年後，大亞灣實驗才可以達到設定的目標。

香港大學物理系亦重建了香港仔隧道內的地下實驗室，並聯同中文大學、美國加州大學柏克萊分校、布碌克分國家實驗室、國立台灣大學、國立交通大學、國立聯合大學、及中國科學院高能物理所的研究人員，建造宇宙線及中子探測器，以測試與大亞灣實驗室相似的地下實驗室內各種輻射本底，從而支援大亞灣實驗。香港仔隧道實驗亦已開始投入運行。幾年來，香港大學已有二十多位本科生參予這個實驗。

如欲瀏覽更多有關大亞灣實驗的詳情，請瀏覽：http://dayawane.ihep.ac.cn/twiki/bin/view/Public/WebHome

圖片可於以下網址下載：http://www.scifac.hku.hk/news/media?page=1

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