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

大亞灣發(fā)現(xiàn)中微子第三種變化

中微子來(lái)自核反應(yīng)堆、太陽(yáng)、超新星、地球內(nèi)核等處，攜帶著暗物質(zhì)和天體的秘密。它們是基本粒子中的“隱士”，質(zhì)量小、不帶電，幾乎不與任何粒子反應(yīng)。只有大亞灣裝置這樣包含海量粒子的探測(cè)器，才能僥幸攔下來(lái)幾個(gè)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(yáng)中微子實(shí)驗(yàn)中找到。

大亞灣實(shí)驗(yàn)是對(duì)第三種振蕩模式的測(cè)量。這種振蕩中，主要由電子中微子組成的“大隊(duì)人馬”，在行軍路上變成了主要由τ中微子組成的團(tuán)隊(duì)。θ13數(shù)值的大小決定了未來(lái)中微子物理研究的設(shè)計(jì)方向。

由于科學(xué)意義重大，國(guó)際上曾先后提出了8個(gè)相似的中微子實(shí)驗(yàn)方案。中科院高能物理所提出的大亞灣實(shí)驗(yàn)方案因具有地理優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)獨(dú)特，取得了國(guó)際上的關(guān)注。美國(guó)能源部就放棄了支持本國(guó)的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，轉(zhuǎn)而支持美國(guó)科學(xué)家加入大亞灣實(shí)驗(yàn)的合作。

大亞灣的科學(xué)家本來(lái)預(yù)計(jì)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量θ13到1%精度的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，大約需要兩年。但開(kāi)始取數(shù)后3個(gè)月，2012年3月，他們就宣告勝利。大亞灣實(shí)驗(yàn)裝置的成功是把θ13算得很準(zhǔn)——8.8度，誤差為正負(fù)0.8度。

精巧的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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

無(wú)論是水，還是“液閃”的主要成分烷基苯，質(zhì)子密度都很高。附近的核反應(yīng)堆，每天產(chǎn)生10的26次方個(gè)反中微子，它們穿過(guò)水和烷基苯時(shí)，極少數(shù)（每天1000個(gè)）會(huì)迎面撞上質(zhì)子，產(chǎn)生光子和中子；中子再跟液閃反應(yīng)，放出光子。液閃中的釓會(huì)加速這個(gè)過(guò)程。微弱的光，被探測(cè)器內(nèi)的光電倍增管放大，得以記錄下來(lái)。中微子能量越高，反應(yīng)射出的光就越強(qiáng)，但不是成比例的，需要科學(xué)家從光的強(qiáng)度算出中微子的能量。