王贻芳担任大型粒子探测器北京谱仪Ⅲ分总体的主任,刻度系统和刻度源均成功用于探测器的刻度

 AI     |      2019-11-24 13:24

日前,中科院高能物理研究所所长、大亚湾中微子实验项目经理、首席科学家王贻芳致信中国原子能科学研究院,对该院为大亚湾中微子实验所作出的重要贡献表示感谢。

“科学研究已经成为我的生活方式,我感觉最大的幸福就是能做事情,能实现科研梦想。”

竞博国际 ,新华社记者 俞铮 仇琳

2012年12月20日,大亚湾中微子实验发现中微子第三种震荡模式的成果被国际最权威的科学杂志《科学》列为2012年度十大科学成果之一。2012年12月27日,温家宝总理批示祝贺。同年12月29日,《人民日报》在头版头条以《大亚湾中微子实验成果世界瞩目》为题,报道了大亚湾实验的成果。

这是中国科学院高能物理研究所所长、北京正负电子对撞机国家实验室副主任王贻芳研究员接受媒体采访时最常说的一句话。

  中美两国科学家将联手在广东大亚湾核电站进行大规模的粒子物理实验。这项耗资近5000万美元的实验是中美两国迄今最大的基础科学研究合作项目。

原子能院于2005年在大亚湾中微子实验合作组成立之初就加入了该合作组,成为合作组的中方核心成员之一。原子能院物理所、核技术所、计量站及原子高科的相关同志组成的科研团队在该项目中主要负责中微子探测器的刻度工作,负责研发一套能够对中微子探测器进行全空间刻度的三维刻度系统,以及一系列特种刻度源。其间,原子能院的科研团队兢兢业业,通力合作,克服一个又一个难题,通过了一道又一道评审,最终完成了刻度系统的研制和4种56个特种刻度源的研制工作,刻度系统和刻度源均成功用于探测器的刻度,为实验的成功作出了重要贡献。其中,三维刻度系统成为中方负责的最具有技术含量的子系统之一,在国际同类实验中也率先获得突破,成功将三维刻度系统用于探测器的刻度,对深入理解中微子探测器的性能具有重要意义,首次在国际上将研制的PuC源用于同类中微子探测器的刻度,为探测器的刻度提供了一系列高能伽玛能量点。

作为诺贝尔奖得主丁肇中的得意弟子,王贻芳曾在欧洲工作11年、在美国工作5年。2001年12月,他入选中国科学院“百人计划”回国工作,2004年入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选,2013年1月又入选中国“万人计划”杰出人才。

  主持这个项目的中国科学院院士、中国科学3院高能物理研究所所长陈和生8日在接受新华社记者专访时说:“国际合作组将在大亚湾核电站附近设置3个探测器进行中微子测量。”

正因为有这些技术创新,以及大亚湾中微子实验取得的重大成果,原子能院科研团队所完成的基金委重大项目课题“中微子探测器精确标定技术研究”在验收评审中获得了特优的成绩。

回国后,王贻芳就开启了中国科学家的科研强国之梦:他领导中国两个最大的粒子物理实验——北京谱仪Ⅲ实验和大亚湾中微子实验,特别是大亚湾中微子实验发现新的中微子振荡,被评价为“中国本土迄今为止最重要的物理学成果”,也将中国粒子物理研究推向一个新的高度。

  他说:“我们将在2008年建成隧道,2009年安装探测器,2010年开始获取数据。”

大亚湾中微子实验是到目前为止以中国为主导的在自然科学领域最大的国际合作项目,合作组由中国、美国、俄罗斯等国的30多家单位,250多名科学家和工程师组成。来源:中核网

在北京正负电子对撞机重大改造工程中,王贻芳担任大型粒子探测器北京谱仪Ⅲ分总体的主任,全面负责并领导完成装置的设计、研制、调试和运行,还组建近300名来自11个国家的50个大学或研究所科学家参加的北京谱仪Ⅲ国际合作组。他坚持自主创新,在大型超导磁铁、阻性板探测器、晶体量能器、铍束流管等研制上实现技术突破,使北京谱仪Ⅲ性能达到国际先进水平。

  根据计划,中方将投入1.5亿元人民币(约合1870万美元),负责基本建设和建造一半探测器;美方投入2500万至3000万美元,负责建造另一半探测器。

北京谱仪Ⅲ实验在轻强子谱和粲偶素物理等方面已处于国际领先地位,发现了一系列新粒子和新现象。2013年3月,该实验组宣布发现四夸克态新粒子Zc,很可能是科学家们长期寻找的超出传统夸克模型的奇特强子,引起科学界广泛关注。

  中微子作为构成物质世界的最基本粒子,在最微观的粒子物理规律和最宏观的宇宙起源及演化中都起着十分重要的作用。该研究领域的几次重大突破均产生了诺贝尔物理学奖,中微子物理已经成为国际高能物理、天体物理与宇宙学研究的共同热点。

在挑战世界难题的中微子物理领域,王贻芳2003年原创性提出在大亚湾附近山体内建造中微子探测器的实验方案,使大亚湾中微子实验的设计精度在同类实验中最高。他率领团队完成实验的设计与论证,组建由中国大陆、香港、台湾和美国、俄罗斯、捷克等6个国家与地区34个研究单位、300多位研究人员参加的大型国际合作组,并担任国际合作组发言人和实验工程项目经理,全面负责实验的科学研究、样机研制、工程设计和实际建造。

  陈和生说:“比较国际上目前进行的太阳、大气、反应堆和加速器这几类中微子实验,反应堆中微子实验最有可能获得突破性成果。”

大亚湾中微子实验2007年10月动工建设;2010年12月安全完成核电站附近全部2000多次爆破,建成全长3000米的地下隧道和5个地下实验厅;2011年12月完成探测器的建造与安装,远、近点探测器同时投入运行。

  他说:“核电站反应堆是很好的中微子源,探测器可以放置在很近的位置,通量比太阳和大气中微子要高好几个数量级,而且核反应堆背景干净,所得数据唯一、确定。”

为了在激烈的国际竞争中胜出,王贻芳决定以8个中微子探测器中的6个提前取数。利用55天观测到的中微子事例,大亚湾实验发现了一种新的中微子振荡,并以前所未有的精度,测得其振荡几率为9.2%,误差为1.7%,无振荡的可能性仅为千万分之一。

  大亚湾与岭澳核电站群目前共有4个反应堆。大亚湾核电站紧邻高山,可以提供中微子实验必需的宇宙线屏蔽,这是一个巨大的优势。世界上其他可用于反应堆中微子实验的核电站附近都缺乏足够的岩石覆盖。

大亚湾实验的结果宣布后立即引起国际粒子物理学界的强烈反响,认为这一结果“打开了未来中微子研究的大门”,为未来中微子物理的发展指明了方向。李政道称“这是粒子物理中极基本、极重要的参数”。

  陈和生说:“我们已完成大量深入研究和计算,并多次实地考察,提出利用大亚湾反应堆群精确测量中微子混合角Θ13的设想。这是目前世界上精度最高的实验方案。”

入选《科学》杂志2012年度十大科学突破的大亚湾中微子实验这一重要发现,还将使科学家对物质世界的基本规律有新的认识,为未来进行下一代中微子实验以探索研究宇宙中物质和反物质不对称性即破解“反物质消失之谜”,开启道路和奠定科学基础。

  中微子探测器为半径2.6米、高5米的圆柱形,每个重约100吨,里面分隔成3层同心圆柱。3个探测器将分别放置在山腹内,最近的距核电站360米,最远的2000米。一条隧道从地面进入山腹,连接3个放置探测器的地下实验室。

因在粒子物理实验方面的突出贡献,王贻芳先后荣获第六届周光召基金基础科学奖、2013年何梁何利基金科技进步奖,虽然2014年尚未到来,但美国物理学会已宣布授予他2014年潘诺夫斯基实验粒子物理学奖。

  利用中微子近端和远端距离的变化进行中微子振荡的相对测量,可以抵消实验的系统误差,从而大大提高实验的精度。

以实现科研梦想为最大幸福、以科学研究为生活方式的青年科学家王贻芳,同时还担任核探测与核电子学国家重点实验室主任、中国物理学会高能物理分会副理事长、中国核学会核电子学与核探测技术分会理事长、亚洲未来加速器委员会副主席等职,一直在不断挑战更高的科学目标。

  科学家预期,这次实验对中微子混合角Θ13测量的灵敏度可达到1%。

2008年,他提出用反应堆中微子测量中微子质量顺序,逐渐发展成为中国中微子的未来发展方向——江门中微子实验,现已有美国、意大利、法国、德国、俄罗斯等多个国家和地区的科研机构表达合作意向。

  联合投资这个重要实验并将参加合作研究的机构包括美国的布鲁克黑文国家实验室、劳伦斯·伯克利国家实验室。

为满足实验需要,提高探测器性能,王贻芳设计出一种新型的光电倍增管,已获得中美发明专利授权。他还发起组建新型光电倍增管研制合作组,以实现这种新型光电倍增管的产业化,为江门中微子实验奠定基础。

  中国科技部、中国科学院、国家自然科学基金委员会均表示将大力支持这个实验计划。陈和生说:“大亚湾反应堆中微子实验投入相对较少而物理意义重大,有可能获得重大创新成果,这是中国基础科学研究领域的一次重大机遇。”

中国中微子研究未来如何发展?王贻芳组织设计了一种新型中微子工厂,并提出建造环形正负电子对撞的“希格斯工厂”(可发展成为大型质子-质子对撞机)。他希望中国中微子研究“真正实现国际领先,成为中国高能物理发展的重大机遇”。

来源:新华社

上一篇:没有了 下一篇:没有了