中微子新振蕩測量揭秘：每天數據量310GB

　　以中國為主導的大亞灣中微子實驗國際合作組近日對外宣布，在大亞灣中微子實驗中發現了一種新的中微子振蕩，并測量到其振蕩幾率。這標志著人類在破解宇宙中“反物質之謎”的路上邁出重要一步。

　　據記者了解，在此次大亞灣中微子實驗中，上海交通大學劉江來中微子團隊承擔著刻度系統的安裝、調試、取數和物理分析工作，也就是設計一把“刻度尺”，幫助測量出新的中微子振蕩幾率，從而為這一世界性成果做出了關鍵性貢獻。

　　上海交通大學物理系主任、粒子物理宇宙學研究所所長季向東教授告訴記者：“大亞灣實驗發現了電子中微子振蕩的新模式，這種模式的發現對了解為什么物質多于反物質，解釋太陽系中元素的豐度有極其重要的作用。在我們所觀察到的宇宙中，物質占主要地位，為什么如此，到現在還沒有一個合理的解釋，大亞灣實驗的結果為此打開了一扇門。”

　　劉江來說，中微子在探測器中反應時會放出一定量的光，因此可通過觀測光的量的多少來確定中微子的能量。“中微子能量越高，反應得到的光就越多，但這并不是簡單的倍數關系。”

　　在此次實驗中，上海交大承擔的任務，就是把這之間的轉換關系搞清楚，以通過觀測到的光的多少來精確地反推出中微子的能量。

　　劉江來打了一個比方，測量就是制定一種標準，比如測量長度時要有一把事先校對好的尺子，測量重量時要有幾個事先已知重量的砝碼。同樣，刻度系統就是把幾種已知能量的放射源放入探測器，以此得到幾種不同能量與觀測到的光的量之間的轉換關系。

　　劉江來團隊獨立開發了監控數據質量的實時監控軟件、監控網站以及數據庫，承擔了大亞灣實驗數據質量篩選的主要任務。

　　他介紹，大亞灣實驗采用國際先進的全電子學設計，實驗數據每隔十幾分鐘都會由計算機自動記錄，壓縮成單個文件，并傳送到中科院計算中心和美國伯克利國家實驗室計算中心，每天的數據量是310GB。

　　由于實驗過程中一些不可避免的因素會產生部分干擾數據，這些數據如果混入最后的數據分析中，會嚴重影響實驗結果的正確性。

　　有些干擾數據值班人員可以發現，如實驗設備的高壓異常，有些他們無法直接發現，如大亞灣反應堆異常對實驗的影響、宇宙射線短期異常等。

　　“每天310GB的數據文件，每一個都要經過層層篩選，以確保最后的數據分析能順利進行。可以說，我們就是所有數據文件的質監部門。”劉江來表示。

　　刻度系統是實現實驗能量精確測量的關鍵之一，但研究人員經仔細研究發現，刻度系統所使用的放射源即使在完全受保護的情況下，也會在探測器中產生少量假的疑似中微子信號，這部分信號大約占不到0.1%。

　　劉江來團隊計算了這部分疑似信號量，并成為大亞灣合作組最后公布的官方數據。同時，該團隊還獨立計算了宇宙射線帶來的部分疑似信號，很好地驗證了合作組其他成員的分析結果。

　　為減少誤差，該團隊對中子探測效率也作了細致的研究。據劉江來介紹，由于中微子與物質相互作用極微弱，不易直接測量。大亞灣中微子實驗的手段是利用中微子與探測器內的質子反應，產生中子和正電子；通過探測中子和正電子來間接測量中微子。因此，中子探測效率的精確測量直接關系到中微子探測的準確性，是整個實驗的誤差控制當中的重要環節。

　　記者了解到，中國自然科學基金委和上海市科委對劉江來團隊的大亞灣研究做出了重要支持。在上海市科委的支持下，上海交大成立了上海市粒子物理和宇宙學重點實驗室，致力于微觀和宏觀世界最前沿的科學研究。劉江來的中微子團隊就是實驗室的若干研究團隊之一。類似中微子這樣的國際重大科學前沿問題的研究團隊還有暗物質、宇宙起源和發展、黑洞等。“這些研究都有可能在未來幾年內有新的重大突破。”季向東說。