大亚湾最新成果！中微子最后一个混合角

在近9年的时间里，大亚湾反应堆中微子实验捕捉到了前所未有的550万次来自中微子的相互作用。现在，大亚湾合作组织的国际物理学家团队报告了实验全部数据的第一个结果——迄今为止对θ13的最精确测量，θ13是理解中微子如何改变它们的“味道”的关键参数。

中微子是亚原子粒子，它既难以捉摸，又极其丰富。它们以接近光速的速度无休止地撞击地球表面的每一寸土地，但很少与物质发生相互作用。它们可以穿过一光年的铅而不会干扰一个原子。

这些幽灵般的粒子的定义特征之一是它们能够在三种不同的“味道”之间振荡：μ子中微子、τ中微子和电子中微子。大亚湾反应堆中微子实验的目的是研究决定这些振荡概率的性质，也就是所谓的混合角和质量分裂。在2007年设计大亚湾的时候，三个混合角度中只有一个是未知的：θ13。因此，大亚湾的建造是为了用比其他任何实验更高的灵敏度来测量θ13。

大亚湾反应堆中微子实验由浸泡在三个地下洞穴水池中的大型圆柱形粒子探测器组成。这些探测器接收来自附近核电站的反中微子流产生的光信号。反中微子是中微子的反粒子，它们在核反应堆中大量产生。

为了确定θ13的值，大亚湾的科学家们在每个地下洞穴中都检测到了一种特殊的中微子——在这里是电子反中微子。两个洞穴在核反应堆附近，第三个洞穴较远，为反中微子振荡提供了足够的距离。通过比较远近探测器探测到的电子反中微子的数量，物理学家计算出有多少反中微子改变了粒子的性质，从而得出了θ13的值。

大亚湾的物理学家在2012年对θ13进行了世界上第一次结案的测量，随后随着实验继续采集数据，测量的精度得到了提高。如今，经过9年的运行和2020年12月结束的数据采集，出色的探测器性能，以及专注的数据分析，大亚湾已经远远超出了预期。利用完整的数据集，物理学家现在测量出了θ13的值，其精度是实验设计目标的2.5倍。没有任何其他现有的或计划中的实验有望达到如此精确的水平。

对θ13的精确测量将使物理学家更容易测量中微子物理中的其他参数，并开发出亚原子粒子及其相互作用的更精确模型。通过研究反中微子的性质和相互作用，物理学家可能会深入了解宇宙中物质和反物质的不平衡。物理学家认为，物质和反物质在宇宙大爆炸时以等量产生。但如果是这样的话，这两个对立面应该湮灭，只留下光。两者之间的某些差异一定打破了平衡，从而解释了今天宇宙中物质占优势(而反物质缺乏)的原因。

对大亚湾最终数据集的最新分析也为物理学家提供了质量分裂的精确测量，这一特性决定了中微子振荡的频率。质量分裂的测量不是大亚湾最初的设计目标之一，但由于θ13的相对较大的价值，它变得可行。研究人员用大亚湾最后的数据集测量了2.3%的质量分裂，比之前大亚湾测量的2.8%的精度有所提高。