科研和技术团队面临并破解了哪些难题？

（资料来源：中国科学院高能物理研究所）

1.利用反应堆中微子实验测量混合参数θ13

　　中国科学院高能物理研究所的科研人员于2003年提出设想，利用我国大亚湾核反应堆群产生的大量中微子，来寻找中微子的这第三种振荡，其振荡几率用sin22θ13表示。

　　与加速器实验相比，反应堆中微子实验可以毫不含糊地确定中微子混合参数，具有造价低、速度快的优点。2003年左右，国际上先后有7个国家提出了8个实验方案，最终有3个进入建设阶段：中国的大亚湾反应堆中微子实验、法国的Double Chooz实验和韩国的RENO实验。大亚湾反应堆中微子实验条件最好，设计精度比以往的实验提高了一个量级，为世界最高。

　　华人诺贝尔物理学奖获得者李政道先生说：“中微子混合矩阵参数的测量是二十一世纪最重要的粒子物理实验之一，大亚湾是进行这一实验的最佳地址，希望中国的科学家能抓住时机和地理的优势来开展工作。”

法国的Double Chooz实验

韩国的RENO实验

2.为什么选址大亚湾做实验？

　　大亚湾核电基地是我国目前在运行装机容量最大的核电基地。现有两个相距1公里的核电站：大亚湾核电站和岭澳核电站，共有六台百千万级压水堆核电机组。

　　大亚湾核电基地的发电功率高，位居世界第二。核电站在发电过程中会产生大量的中微子，因此实验能够记录的中微子数目也多。

　　距两个核电站约300米处即有高100米左右的山体，在2公里处有高400米左右的山体，这是得天独厚的地理条件。足够的岩层覆盖可以把地下实验大厅里宇宙线本底的影响减到很小，这是进行高精度中微子实验的一个重要前提。

　　因此，大亚湾是世界上目前发现的最适合进行θ13实验的地方。

大亚湾核电站地理位置图

大亚湾核电站航拍图

岭澳核反应堆

大亚湾核反应堆

核电站周围地貌

3.实验是如何规划的？

　　大亚湾反应堆中微子实验是一个测量中微子“消失”的实验，旨在探测一种中微子从产生开始传播一段距离之后转化成另一种中微子而不能被测到的概率。它通过分布在三个实验大厅的８个全同的探测器来获取数据。三个实验大厅分别为大亚湾近点、岭澳近点和远点大厅，均位于山腹内，由水平隧道相连。两个近点均位于地下100米深处，各放置2个探测器，远点则位于地下350米深处，放置4个探测器。此外还有两个功能厅，用于液体闪烁体的混制、贮存和灌装，及水的净化处理。

　　实验厅周围紧邻的核反应堆产生海量的电子反中微子，近点实验大厅中的探测器将会测量这些中微子的初始通量，而远点实验大厅的探测器将负责寻找预期中的通量减少。若反应堆中微子发生振荡，远点探测器探测到的中微子总数将比预期减少。

大亚湾反应堆中微子实验布局图

大亚湾反应堆中微子实验原理图

4.隧道与实验大厅建设

　　大亚湾反应堆中微子实验的总体方案于2006年获得批准立项，2007年10月破土动工。隧道与实验大厅由黄河勘探规划设计有限公司设计，中铁十五局集团施工。

　　在激烈的国际竞争中，大亚湾反应堆中微子实验采取了多种措施，克服了重重困难，终于在2010年12月完成核电站附近的3000多次爆破任务，建设了全长3000米的地下隧道和5个地下实验厅，2011年中逐步完成了探测器的建造与安装，2011年8月开始近点运行取数，12月24日开始远近点同时运行。

大亚湾反应堆中微子实验开工典礼

中国科学院白春礼院长为实验站奠基题名

大亚湾反应堆中微子实验开工建设（2007年10月）

实验站建设

5.三种探测器精确探测中微子

　　两个近点实验厅里各有一个长方形水池（长16米，宽10米，高10米），远点实验厅有一个方形水池（长16米，宽16米，高10米），共存有4500多吨纯净水。水池有两个作用，一是作宇宙线探测器，宇宙线穿过水池时，会激发出切伦科夫光，通过水池四周放置的光电倍增管探测切伦科夫光，因而可以探测到宇宙线，从而将它对中微子探测的影响去除；二是作屏蔽层，高能宇宙线在附近的岩石中会产生大量的次级粒子，岩石本身的天然放射性也会产生大量的伽马光子，水可以将这些粒子挡在中微子探测器外，以免对中微子探测造成影响。

　　水池上方覆盖着4层大面积阻性板探测器（RPC），这也是一种宇宙线探测器。两种探测器结合，对宇宙线的探测效率可以达到99.5％以上。RPC置于活动支架上，必要时可以推开，以便吊装中心探测器。

　　实验的核心部分——中微子探测器（AD）模块被浸泡在水池正中。

三种探测器及其作用

纯水制备系统

阻性板探测器（RPC）覆盖在灌满水的池子上

6.中微子探测器

　　探测中微子的中心探测器是直径5米、高5米的圆桶，里面装有液体闪烁体，总重110吨。这“液闪”是整个实验的关键，由高能物理研究所的科学家为实验专门研制，是具有自主知识产权的发明。液体闪烁体由三层构成，中心为20吨的掺钆液体闪烁体，中间层为20吨普通液体闪烁体，最外层为40吨矿物油。三层之间用有机玻璃隔开。每个中心探测器在矿物油中装有192个8英寸光电倍增管。中心探测器顶上装有三个自动刻度装置，定时对探测器进行能量与时间的自动校准。

中微子探测器示意图及各部分的功能

　　中心探测器的核心部分是液体闪烁体和光电倍增管。中微子在探测器内发生反应后能激发液体闪烁体，产生微弱的闪烁光，转换成电信号被接收，这样就探测到了中微子。

吊装探测器入池

中微子探测器安装在水池中

罩上水池盖之后的全景

7.中国科学家以最快速度揭开“幽灵粒子”的神秘面纱

　　为抢在竞争对手之前获得物理结果，科研人员将实验分为两个阶段分步进行。由于大亚湾实验设计精度全世界最高，加上θ13比最初预计的要大得多，经过夜以继日的努力，实验很快取得突破性进展。自2011年12月24日起至2012年2月17日，为期55天，就由相关数据测得振荡几率为9.2%，误差为1.7%，超过了5.2个标准偏差。

大亚湾反应堆中微子实验的结果

　　按惯例，超过5个标准偏差的实验结果叫发现（discovery）。这就意味着，大亚湾实验首次明确发现了这种困惑世人已久的新型中微子振荡模式，“幽灵粒子”的第三种神秘“舞步”，终于在勤奋的中国科学家手中“揭开”。

　　2012年3月8日，高能物理研究所所长、大亚湾反应堆中微子实验国际合作组发言人王贻芳研究员在新闻发布会上宣布了这一重大科学发现。大亚湾合作组另外一位发言人、加州大学伯克利分校的陆锦标教授也同时在美国召开记者招待会，公布这一令人兴奋的新发现。

新闻发布会（北京）

新闻发布会现场（北京）

大亚湾反应堆中微子实验首席科学家、

中国科学院高能物理研究所所长王贻芳在新闻发布会上宣布实验结果

5月8日，中国科学院院长、大亚湾中微子实验领导小组组长白春礼，科学技术部副部长曹健林，国家自然科学基金委副主任沈文庆，中国广东核电集团有限公司总经济师岳林康，中科院高能物理研究所所长，大亚湾中微子实验首席科学家王贻芳做客新华网，与网友分享第三种中微子振荡模式的发现之旅。

白春礼院长在新华网访谈现场

8.这是一个大型的国际合作成果

　　大亚湾反应堆中微子实验项目开创了国家、地方与企业共同支持基础科学研究的先河，是我国基础科学领域最大的国际合作项目，也是目前中美两国在基础科学研究领域中最大的合作项目。

　　大亚湾反应堆中微子实验项目得到了科技部、中国科学院、自然科学基金委、广东省、深圳市和中国广东核电集团的共同支持，同时也得到了美国能源部及其他境外机构的支持，是我国基础科学领域最大的国际合作项目，是协同创新的典范。

　　来自中国（包括香港、台湾地区）、美国、俄罗斯、捷克的38个科研机构的约250位科学家参与实验。其中100多位来自中国科学院、清华大学、上海交通大学、山东大学、中国原子能研究院等中国大陆的科研机构，100多位来自美国、俄罗斯、捷克及中国香港、台湾地区的科研机构。

大亚湾实验国际合作组

国际合作组部分科学家合影

合作组的科学家们在实验现场

科研人员在现场工作

9.这是“以我为主”的中国科学家的贡献

　　虽然大亚湾反应堆中微子实验是一个大型的国际合作项目，但在整个过程中都坚持“以我为主”，体现在三个方面：实验方案全部采取了中国科学院高能物理研究所的设计方案；在项目建设中，牢牢地把关键技术掌握在中国科学家自己手中；完整独立地掌握了实验数据全部分析过程，“抢”在美方之前得到了高质量的分析结果，最终发表的文章中采用的就是高能物理研究所的结果。

　　项目建设过程中，中国科学家解决了多模块探测器设计、水屏蔽设计、反射板设计、掺钆液体闪烁体等大量技术难题，均采用了新概念、新方法、新材料和新工艺，以出色的工作赢得了国际同行的认可和尊重。