大亞灣核反應堆中微子實驗

研究中微子的相互作用規律，首先就要有合適的中微子源。測量中微子，實際上是測量它與探測器及周圍物質相互作用的產物。由於中微子是弱作用粒子，有極強的穿透力，作用率極低，因此對它的測量十分困難，必須找到儘可能強的源。核電站在利用核能發電時，其核反應過程會有許多次級粒子產生，包括大量的反中微子（以下簡稱為“中微子”）。中微子輻射各向同性，產生率與核電站的熱功率成正比，流量與觀測點距反應堆的距離成平方反比關係。核電站反應堆是很好的中微子源，由於它與實驗用的探測器距離可以較近，其通量比太陽和大氣中微子高好幾個數量級，可以用來測量θ₁₃。用反應堆中微子實驗精確測量θ₁₃已經成為國際粒子物理實驗的熱點。俄國、日本、韓國、巴西、美國和歐洲都競相提出方案。

中國的高能物理學家高度重視國際粒子物理研究的這一重要動向，自2003年起進行了大量的研究和計算，並進行了實地考察，提出了利用大亞灣反應堆測量中微子混合角θ₁₃的設想，並設計了一套完整的實驗方案，包括探測器設計、本底計算與模擬、誤差分析與降低措施等，獲得國際同行的支持，從全世界8個實驗方案中脱穎而出。美國能源部放棄支持本國兩個實驗方案，轉而支持美國科學家加入大亞灣反應堆中微子實驗項目。自2003年起先後在香港，北京，美國和深圳召開了用大亞灣反應堆測量中微子混合角θ₁₃的研討會，並據此組成了由國內外二十多個單位，一百多位物理學家的大亞灣反應堆中微子實驗國際合作組。隨着科研的不斷深入，目前已經壯大形成了由國內外39個單位，約250名科學家參加的國際合作研究隊伍。 ^[2] 

2020年12月12日，取得發現一種新的中微子振盪、精確測量反應堆中微子能譜等重要科學成果的大亞灣反應堆中微子實驗（大亞灣實驗）裝置在實現原定科學目標、完成科學使命後正式退役。 ^[3] 

大亞灣反應堆中微子實驗站地理位置優越，緊鄰世界上最大的核反應堆羣之一，並且緊鄰高山，大大減少了宇宙線本底的影響，非常適合對θ₁₃進行精確測量。實驗站由三個位於山腹內並通過水平隧道相連的實驗大廳等組成，其中大亞灣近點與嶺澳近點位於地下100米，距反應堆約400米；遠點位於地下350米，距反應堆約2000米。通過遠、近站點共八個全同的探測器對反應堆中微子的相對測量，大約經過兩年的取數，其sin2θ₁₃測量精度將達到國際最好的0.01。

實驗大廳位於深山底下，以屏蔽宇宙線，同時，探測器放置在水池之中，以屏蔽周圍岩石層的放射性。儘管有這些屏蔽，一些高能量的宇宙線依然可以穿山而入。這時，裝在水池牆上的光電倍增管（水切侖科夫探測器）和水池頂上的繆子探測器會記錄下這些宇宙線的軌跡，並從中微子數據中排除掉，其探測效率可達到99.5%。

2012年3月8日，大亞灣中微子實驗國際合作組宣佈，發現一種新的中微子震盪，其震盪概率為 ^[4] 

大氣中微子振盪

|Dm232| = 2.4´10-3 eV2

sin22q23 = 1.0

太陽中微子振盪

Dm221 = 7.9´10-5 eV2

tan2q12 = 0.4

反應堆/長基線中微子振盪

dCP 未知

sin22q13 ＜ 0.17

參加合作的各國政府部門通過國家科研機構來管理項目，主要有中國的中科院高能物理研究所，美國伯克利和布魯克海文國家實驗室等組成實驗監管機構（LOG）。各國提供資金支持的部門（Funding Agency）成立了一個國際資金委員會討論經費問題，並通過實驗監管機構對實驗的組織和經費管理提出指導意見。

按照國際慣例，成立了國際合作組，制訂管理規章，建立了合作組委員會，選舉執行委員會（Executive Board）與發言人（Spokesperson）。發言人負責實驗的日常運行，對外代表國際合作組。研究所代表委員會（Institutional Board）由各研究單位派一名代表組成，負責接納新的合作機構與新成員，或移除合作機構與成員，以及人員安排。重大決策由執行委員會或合作組大會決定。執行委員會由九人組成，負責重要的科學、技術與管理決策。合作組大會由實驗合作組內的所有成員參加，對所有決定有最終決定權。合作組每年至少舉行兩次合作組大會，以及若干次相應專題的研討會。合作組大會討論通過了合作制度條例，詳細規定了決策機制，已經建立並在不斷完善大亞灣反應堆中微子實驗站的建設和運行管理制度。中美雙方各成立了一個項目辦公室管理項目的具體事務。

大亞灣反應堆中微子實驗作為一個以我為主、多國參與的重大國際合作項目，通過與國際一流研究機構高強度地交流與合作，對進一步提高我國基礎科學的科研水平具有重大意義。

1、這項國際合作充分發揮了大亞灣核電站在地理上的優勢以及中國在實驗方案設計思路上的巧妙，利用核反應堆測量θ13投入少而物理意義重大，使我們能夠快速越過摸索階段，用較少的投入迅即站到國際最前沿。大亞灣反應堆中微子實驗的成功進行將大大提高我國在國際科技界的影響力，在國際前沿研究領域佔有一席之地。

2、大亞灣反應堆中微子實驗低能量，低本底，高精度的特點決定了在中子探測技術研究、放射性本底控制、數據獲取與分析等方面面臨巨大的挑戰。實驗的成功進行必將培養出一批掌握先進核探測技術的優秀年輕人才，造就一支優秀的研究隊伍。

3、項目管理借鑑了國際上對大型國際合作項目、大科學實驗研究項目的先進、成熟的現代管理方法，有力促進了我國科研管理機制、管理理念與國際接軌。

美國托馬斯傑斐遜國家加速器裝置（Thomas Jefferson National Accelerator Facility）的McKeown認為此次實驗的結果：“可以説是有史以來來自中國的最重要的物理（實驗）結果”。