專業 物理

大亞灣微中子振盪實驗的發現

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撰文者:熊怡 (國立台灣大學物理系 教授)
發文日期:2016-04-05
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  • 亞灣微中子振盪實驗團隊於2012 年春,首次發現微中子新的一種振盪模式[1]:量測微中子於運行過程中轉換為另類微中子的概率。此項研究結果開啟通往物理新知的大門,未來可望能進一步解釋宇宙中物質與反物質不對稱的奧秘。

      在二十世紀結束時所觀測發現的兩類微中子的大混合,亦既太陽微中子振盪與大氣微中子振盪兩大發現(2015 諾貝爾物理奬[2]),足以顯示粒子物理學中的標準模型理論已不再完美。微中子的微小質量( 小於2 電子伏特),以及讓人詫異的兩大混合角對於標準模型理論的延續提供了一些重要的線索與限制。第三種混合角雖不大( 如果不為0),卻是足以打開輕子宇稱電荷(CP)破壞現象的一支金鑰。

      微中子是不帶電的粒子,在宇宙大爆炸之後就流竄於宇宙間,而且新的微中子不停的在恆星或其它的核反應中產生。它們自由自在地運行於宇宙間,全然不受電磁力的影響,僅有弱作用力及萬有引力有機會與其發生作用。大多數時間微中子能不受阻礙地穿透物質,包含人體、建築物或者地球。捕捉微中子對科學家來說是一項艱鉅的挑戰,這激發了大亞灣實驗團隊的好奇心,並且於2006 年起著手設計與推動實驗。

      微中子振盪是什麼呢?目前已知的微中子有三種類別—電子類、緲子類和濤子類,微中子在傳遞過程中可不斷地由一類轉化成另外兩類,稱為微中子振盪現象。微中子振盪可由六個物理參數來描述,其中部份參數已經由太陽微中子實驗、大氣微中子實驗,或經由核子反應爐或粒子加速器實驗量測出其值,然而尚有第三混合角13 θ 與CP 相位角CP δ 兩參數待精確量測。為了測量此一混合角的大小,從2006 年起台灣與中、美、俄、港數所名校大學與研究院共同合作開發一大型反微中子探測器實驗,位於大亞灣核電廠旁約1800 公尺遠的山脈山洞內。利用高山的屏障減少宇宙射線的背景雜訊( 圖1)。費時五年多的設計、建造、測試及準備工夫才開始運轉。

    閱讀全文 (物理雙月刊38卷2期 2016/04號)

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