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Chinese particle physics has arrived?也谈大亚湾及锦屏等
热度 1 firevector 2012-3-10 19:35
“ The result is significant for another reason, says Jefferson lab's McKeown. "This is arguably the most important physics result ever to come out of China," he says. Chinese particle physics has arrived, it seems. ” 看到Science上新闻的最后一句话,还是觉得无比高兴的,中国人终于也作出一些东西来了。既然美国人都这么说这么重要了,中国这边也有人说: “我感觉,这有可能是中国实验物理学最大的成就。” 那么,应该就是真的非常重要吧,重要到都可以称为China physics的出场之作了。 那么, China physics 此前在哪里,SCI数量早已经这么高了。这个,咳咳,细究起来好不伤人。大家辛辛苦苦工作了这么多年,竟然一直是个隐形人的角色。作为一个物理系的学生,也算耳濡目染良久,发现伤人的也总是事实,而且每每被伤。这不仅仅是我们不够努力,更多的恐怕非个人所能为。不过,这个世界,会越来越好的吧。中国的科研,中国的物理成就,肯定也会越来越好的吧。这不,已经开始有成就了~ 虽然也是学物理的,但是和粒子没有关系,完全不懂中微子什么的,这无比正常。说来惭愧,第一次听到这个方面还是去年在上交的夏令营。上交的物理发展真是 迅速,这是物理学界的福音啊。其中粒子物理宇宙研究所有一个团队在大亚湾中微子实验室工作。当时初听觉得好奇怪,跑去核电站做什么,后也未太在意,相比之下,同时提及的锦屏地下极深实验室更让人着迷,暗物质不是二十一世纪的突破点么。没有想到的是,短短大半年后,我就看到了大亚湾团队的发现,还是 singnificant 。 我恰好有一个同学保送到那里了,我们离伟大的事情原来这么近。 以前曾听很多人说:中国之牛者,无非是实验仪器牛罢了。可是有实验仪器,总比没有要好,现在的物理,即便纯理论的,没有实验支持还是走不远,冰冻三尺非一日之寒,我们也会有很棒的理论和很原创的成果做出来的吧。感兴趣查了一下大亚湾实验的一些资料,作为一个国际项目,同时国内众多团队参与的一个研究题目,我觉得这是一个很好的模式,从立项到完工再到实验,很快的做出了重要的发现。中国在基础科研方面的投资,必定会逐渐见到效果的。 以此而想到锦屏实验室,作为世界上条件最好的暗物质探测实验室,不知道能不能率先做出第一个公认的发现,继而做出一些开创性的理论研究。如果真能这样,那么中国物理不仅仅来了,会真正的震惊世界,什么中微子超光速也都是浮云。我很期待他们的工作。 刚刚和同学讨论,被评论中国应该投钱做一些更有应用价值的工作,不要去搞什么虚名。这类观点也曾反复听到,可是基础研究做不好,遑论其他。应用方面的应该加大力度,基础的更不能放松!中国已经隐身这么久了,好不容易来到一次,不应该坚挺的站在国际科学界而不倒下去?这次只是it seems.再来几次就真的会 it's really real. PS:此贴很五毛,很无深度,但是,总有人需要来个这么浅显的支持和认可,我辈仍需努力,China will shake the world。
个人分类: physics|3239 次阅读|2 个评论
大亚湾中微子实验发现新的中微子振荡模式
热度 1 gxdu 2012-3-8 18:06
知道是一个很大的中美合作项目,很想知道中国科技界对这一成果有多少实质的贡献。 期待后续的CP破坏验证实验 实验结果新闻发布会 http://www.sciencenet.cn/video/gns/index.html 中科院 http://www.cas.ac.cn/ky/kyjz/201203/t20120308_3452529.shtml CCTV 高能所 http://www.ihep.cas.cn/zt/zt_DYB_N/ Science杂志 http://news.sciencemag.org/sciencenow/2012/03/physicists-in-china-nail-a-key.html nature杂志 http://blogs.nature.com/news/2012/03/neutrino-oscillations-measured-with-record-precision.html arxiv 预印本 http://dayabay.ihep.ac.cn/docs/DYB_rate_prl_APS.pdf 在核电站下挖的这个洞会不会影响核电站的安全,有多大程度的影响?
个人分类: 科研笔记|3160 次阅读|1 个评论
[转载]大亚湾中微子实验室发现新的中微子震荡
sfw111 2012-3-8 16:00
核心提示:大亚湾中微子实验国际合作组发言人、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳8日下午在北京宣布,发现了一种新的中微子振荡,并测量到其振荡几率。 中新网北京3月8日电 大亚湾中微子实验国际合作组发言人、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳8日下午在北京宣布,大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子振荡,并测量到其振荡几率。据介绍,这一重大物理发现结果的论文已于3月7日送交美国
个人分类: 物理|259 次阅读|1 个评论
大亚湾反应堆中微子实验3月8日召开特别报告会
热度 8 caojun 2012-3-8 00:51
大亚湾反应堆中微子实验( http://dayabay.ihp.ac.cn/ )将于2012年3月8日下午14:00在高能物理所召开新闻发布会,16:00举行特别报告会,报告实验的最新结果。 网上现场直播: http://webcast.ihep.ac.cn 新闻发言人:许同舟10-88235008, xutz@ihep.ac.cn
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中微子赛跑进入冲刺阶段
热度 9 caojun 2011-11-11 02:16
中微子赛跑进入冲刺阶段
中微子与光速的赛跑还没有落下帏幕,中微子实验之间的竞赛已开始进入冲刺阶段。 昨天在韩国首尔的《LowNu 2011》大会上,法国的Double Chooz实验公布了初步结果, 有振荡的置信度是1.7倍sigma。这个置信度说明不了太多问题,但公布这个结果的举动有点出人意料。大部分人以为他们会等一等再公布。 Double Chooz的中微子能谱。红线和蓝虚线,你觉得哪个跟数据点符合得更好?红线为有振荡,蓝线为无振荡。 自从1998年证实中微子振荡以来,通过一系列的太阳中微子实验和大气中微子实验,测出了2组共4个振荡参数。剩下的第三种振荡模式还没有测到,而与之相关的混合角 和CP破坏相角不仅是基本的振荡参数,而且与宇宙起源相关,因此大家都把注意力集中到了这里。( 注:发现第三种振荡模式,与测到 不为零这两种说法等价 ) 加速器实验可以测量 。日本的T2K已开始运行,美国的Nova实验正在建设。不过仅就 测量而言,加速器实验没有优势,因为它与CP破坏的大小和物质效应相关,物理上不干净,现有实验的灵敏度也不高,要靠运气。反应堆中微子实验则比较干净,能唯一确定 ,也便宜很多,因此在2003年左右,国际上先后提出了8个实验方案,其中大亚湾中微子实验条件最好,设计精度最高。 在此之前,最好的测量结果来自Double Chooz的前身——Chooz实验,它没有发现振荡,证明 很小, 0.17。在2003年左右,一般认为 可能非常小,为了给未来的中微子实验指明方向,国际上提出需要将测量精度提高到0.01。实际上只有大亚湾实验能达到这一精度。大部分实验方案都因此先后夭折,但是法国的Double Chooz实验和韩国的RENO实验不愿放弃,虽然他们的条件和设计精度远不如大亚湾,也活了下来。同一个测量有8个竞争方案,最后有3个实验做同一件事,在高能物理界是很罕见的。 由于在核电站内建设,三个实验都碰到了类似的困难,进度都 比预期慢。今年6月,日本的T2K实验出人意料的发布结果,说观察到了6个电子中微子 事例,说明 可能比较大, 不为零的概率为2.5倍标准偏差。 本来一般实验是不会这样公布结果的,怎么也要再取点数据,达到3倍标准偏差的确认水平,然后堂尔皇之的声称: 我们发现了第三种振荡模式 。 3月份的日本地震,不仅震出了福岛核电站事件,也震坏了日本散裂中子源的加速器。而这个加速器是给T2K提供中微子源的。 因此 T2K发表了这个半吊子结果 。 由于事例的分布有点古怪,也有不少人不相信这个结果,认为是没有扣干净的本底。 美国的MINOS实验也因此仓促地放出了一个非正式的报告,也倾向于 不为零,概率为1.7倍标准偏差。再下来就更有意思,两组唯象理论家分别对其它中微子实验的二阶效应做了拟合,说 很大,不为零的概率达到了3倍标准偏差。 是不是真的很大呢?大家把注意力放到了反应堆中微子实验上。如果得到了反应堆中微子实验的确认, 的大小就比较可靠了。大亚湾实验的设计精度远高于另两个反应堆实验,实验规模也大得多。一旦大亚湾发表初步结果,就比这两个实验运行三年的最终结果都要更可靠、更精确。因此他们要想方设法在此之前做点成绩出来。 法国实验利用原有的地下实验室,省去了很多建设时间,因此最早开始取数。当然也受制于原有的实验室条件,精度无法进一步提高。去年底完成了远点探测器的安装,经过一段时间的调试,2011年4月宣布正式开始取数。但是近点要等到2013年。只靠远点,他们的精度高不了,因此没有什么竞争力。韩国实验跟法国一样,规模小,只造2个探测器(大亚湾是8个)。同时他们只有韩国人参加,没有吸引到国际合作者,人手很少,因此探测器比较粗糙。不过他们2011年8月份远近点同时开始运行,如果他们探测器不出问题,数据分析也进展顺利的话,将能够给出比较好的结果。 韩国人原计划今年4月开始运行,曾在美国开会的时候公开说请了韩国科技部的官员4月去剪彩,可能因为液闪的技术问题,没有实现。等大亚湾实验8月15日宣布近点开始运行后,他们紧跟着说RENO已经在8月1日开始远近点同时运行了。这种大型实验的启动、发布,一般总要发布个新闻,知会国际同行们一声。同时,由于他们申请了主办《LowNu》会议,一般认为,RENO会在会议上发布初步结果。由于RENO是远近点同时运行,精度要比法国实验高很多,一旦发布初步结果,法国人就没什么事儿了。这就是我们看到的开头一幕,法国人拿了个1.7倍标准偏差的结果出来,分析也显得有点粗糙。没想到韩国人没有出结果,称人手紧张,没有完成分析,打算明年3-4月份发布。感觉是给韩国人涮了一把。 在地球另一端的瑞士,也有一个国际会议在同时举行。法国实验组在报告中说:这次不会报告物理结果。第二天在韩国的会议报告出来后,他们的报告人又加了一个报告,把刚公布的结果报告了一遍。说对不起,昨天我没有获准报告物理结果。奇怪的是,昨天特地强调没有结果干吗?难道是真的今天才知道? 在同一会议上,这一阵闹得沸沸扬扬的OPERA实验,报告了一下他们的本职工作(不是超光速),同时声称,如果 这么大的话,他们也可以测出来,准备下一步去分析这个数据。大概是自己惦量着跑羸光速胜面不大,转而跟人来赛。 大亚湾实验明年将全部投入运行。T2K、MINOS、Nova、OPERA、Double Chooz应该都拿不出更象样的结果了。如果韩国人干得不错,运气也不错, 也确实很大,那只能说我们运气不好。如果设计之初不是普遍认为 非常小的话,根本不用花这么多力气,将设计精度定在0.01,这样会快很多。 也有可能韩国人运气没那么好,那么我们能成为首先发现第三种中微子振荡模式的实验。当然最终最精确的结果肯定是我们的。 到明年,应该一切都清楚了。 红点是假定 =0.085,大亚湾明年全面运行后,取数三个月后的结果。T2K与MINOS的结果与CP相角和物质效应等因素有关,因此是一个很宽的带子,黑线为对应不同CP相角的中心值。
个人分类: 我的物理|12857 次阅读|20 个评论
地下的温度是多少?(大科学工程点滴1)
热度 7 caojun 2011-11-4 17:51
地下的温度是多少?(大科学工程点滴1)
很多人游溶洞会感觉凉。这几天有个记者为大亚湾中微子实验写的稿件,称地下实验室为“ 阴冷寂静的岩洞 ”,大概是想起了溶洞。我给改成了“ 闷热潮湿的岩洞 ”。 高能物理的 实验室、探测器都需要自己设计、自己造。每做一个实验,会碰到不少稀奇古怪的问题。其实大部分问题对对口的专家来说都很浅,但对项目组来说,首先往往是毫无概念,根本不知道属于哪个专业,该问谁,其次是三天两头碰到各种不同的问题,如果每个都得找专家,那活儿就干不下去了。 粒子物理探测器虽然庞大,对温度一般都有很高要求。大亚湾的中微子探测器设计运行在 22.5 度 。这是深圳的年平均温度,也是地下岩石的温度。 如果设计的运行温度与周围岩石的温度不一致,每个厅有 1 万多立方空间,有一个 2 千多吨水的水池,每年空调的电费就以百万计,而且水池中还会形成温度梯度,给物理测量带来不确定性。大亚湾实验有三个实验厅,两个近厅都在大约地下 100 米,远点在地下 350 米,我们要求运行条件完全一样。如果远近厅岩石温度不一样,也很麻烦。刚开始我们不知道地下的温度应该是多少,问了设计和挖隧道的公司,没有得到确切的答案,很担心远厅的温度比近厅高。 土壤和岩石相当于一个巨的热容,夏天被加热,冬天被降温,因此地下一定深处,大概从几米到 10 米左右的深度开始,温度就是恒定的,等于当地的年平均气温。因此南方的洞跟北方的洞,温度相差很多。 地表的温度随气温变化,从地表到恒温层,会随季节形成一个梯度。 再往下,大约从 300 米(与地质有关)开始,温度开始受地热的影响,每 100 米升高 2-3 度。地球象一个巨大的反应堆,铀钍等放射性元素会释放放射能,功率约为 21T 瓦,相当于 7000 座百万千瓦核电站,贡献了大部分地热。同时也放出地球中微子。日本的 KamLAND 实验和意大利的 BOREXINO 实验测到了来自地球的中微子。 由于大亚湾的所谓“地下”,实际上是都在海平面下 20 米的平面上,顶上的山高不同。因此远近厅的温度应该是一样的。实验也设计了温度监测系统。 然而,当第一个实验厅挖好,交给项目组进行安装时,发现非常闷、非常热, 岩石 温度为 29 度 ,远超预期。研究人员都光着膀子,汗流浃背地安装设备。我们很紧张,以为全搞错了。后来才知道,在用爆破法开挖实验厅的时候,炸药的能量也贮藏到了岩石中,因此温度升高了很多。大概需要通风一个多月,温度才能降下来。 29 度也不算太热,可是海风非常潮湿,通过通风管送到地下后,实验厅的湿度达到 80-100% ,有汗也出不出来,对仪器损坏也比较大。对通风、空调、除湿系统调了很久,才稳定到 60% 。对受影响大的 RPC 探测器还加装了干燥空气系统。 “膀爷”在地下实验厅安装仪器
个人分类: 我的物理|34704 次阅读|11 个评论
[转载]大亚湾实验报道:就为寻找那个“神秘的值”
热度 1 caojun 2011-10-28 14:55
就为寻找那个“神秘的值”(文汇报) 2011-10-28|文章来源:文汇报 许琦敏 |浏览次数: 210 |【大 中 小】    中微子混合参数,是自然界最基本的未知参数之一,其数值大小可能与宇宙中“反物质消失之谜”有关,全世界的物理学家都想精确测量。中国科学家团队设计的“大亚湾实验”,在全球8个方案中最终胜出——就为寻找那个“神秘的值” “我们的工作,得诺贝尔奖的希望很小,也不能带来任何GDP。我们就是一群对粒子物理有兴趣的人,愿意用10年乃至更长时间,去寻找那个神秘的值。”大亚湾中微子实验团队的每个人,都会这么对你说。 那个“神秘的值”,是中微子混合参数θ13——自然界最基本的未知参数之一,其数值大小可能与宇宙中“反物质消失之谜”有关,全世界的物理学家都想把它精确地测量出来。 核电站是中微子最丰富的地方。为了θ13,王贻芳带着团队从北京来到大亚湾,设计出了精度高达1%的“大亚湾实验”方案,获得全球各国物理学家的广泛支持,美国能源部甚至放弃支持本国的两个实验方案,转而支持美国科学家加入“大亚湾实验”。 如果一切顺利,2013年,他们将梦圆大亚湾。 靠“百家饭”立起项目 不带电,质量不到电子的百万分之一,以接近光速运动——中微子是物质世界最基本的粒子之一,可它好似调皮的小精灵,很难被捉住。即使穿越地球直径那么厚的物质,在100亿个中微子中,只会有1个与物质发生极其微弱的反应。 “大亚湾实验”的精度可达1%,这代表在捕捉到的中微子中,哪怕有一个在探测器内发生反应,就能测量到它,进而积累起足够多的数据,最终计算出θ13的精确值。 全世界的物理学家曾先后提出8个实验方案,“大亚湾实验”所以能最终胜出,独特的实验条件起了重要作用:这里有世界第二大反应堆群,核裂变发电时会产生海量的中微子——中微子越多,实验精度就越高;而离核电站300米,就有超过100米高的山体屏蔽宇宙射线,因而实验室工程只需钻山挖隧道而不用“掘地百米”。 方案胜出后,项目如何实施?中科院高能物理研究所所长、大亚湾反应堆中微子实验负责人王贻芳说,首先筹资就很难。国内各家拥有经费、能提供支持的单位尽管都认为这个项目科学意义重大,愿意支持,但都无法在现有框架内合法地给予足够支持。 经过4年奔走,项目终于靠“百家饭”立了起来。项目的资金支持单位是长长一串名单,除了科技部、国家自然科学基金委、中科院,还有广东省政府、深圳市政府,甚至一家企业“中广核”也在其中。 王贻芳说,在为筹措经费奔走时,他经常被问“你这个基础研究有什么用?”他答“没有”,于是接下来的一个问题经常是“能得诺贝尔奖吗?”他又摇头,那么再下一个问题就成了:“这么一个基础研究做它干吗?”问得他满心苦涩。“这次‘中广核’提供资金,说实话我们很惊讶,因为他们根本无法从我们的实验中获得利益回报。” 企业愿意投资于己无利可图的基础研究,实在让科学家们很感动。项目的投资额包括1.6亿元人民币和3400万美元。王贻芳说,美国能源部放弃支持本国实验,转而看好“大亚湾实验”,也为他的团队提振了不少信心。项目也得到了捷克和我国台湾、香港的经费支持。 靠实力赢得尊重 由于美国能源部提供资金支持,参与“大亚湾实验”的一半人来自美国,来自布鲁克海文国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、加州理工学院、普林斯顿大学等16家一流的科研机构。要赢得尊重而顺利合作,中国团队得有真能耐。 尽管本人在欧洲、美国工作过16年,团队中几乎每位成员也都有海外留学经历,但王贻芳不得不承认,“不能用母语很吃亏,经常我们的研究人员有更好的方案,却不能充分说明,说服对方接受。”但他们仍然以出色的工作赢得了国际同行的认可和尊重。 掺钆液闪(液体闪烁体)是中微子探测器的关键技术,每当捕捉到中微子时,它将会发出微弱的光。让无机物钆与有机物烷基苯均匀、稳定地混合在一起,并保持长期透明,堪称一道天大的难题。法国一项同类实验,就因为液闪只使用了100天就变得浑浊,被迫终止。 从美国费米国家实验室回国的曹俊,挑起了这副重担。他找到高能所研究稀土的化学家张智勇合作,研制出了新配方。自己做了大量扎实的测试后,他们满怀信心地到香港参加第三方“盲评”,依靠优越的性能,最终在不同方案中胜出,应用于“大亚湾实验”。 小到实验室电缆布线,大到设备工艺,他们白天搞科研,晚上与美国同行在网上开会、写电子邮件讨论问题。团队一名骨干王铮说,电子邮件往返经常持续到凌晨三四点。 中国科学家团队的实力体现出来了。大亚湾现场负责人李小男说,我们的声音越来越被重视,相关国际会议邀请我们作大会报告的越来越多……“现在全世界都在等中国的数据!” 志趣带来纯粹的快乐 如今,3公里长的隧道已全部打通,1号实验室已开始工作,每天产生的数据量约300G(千兆),明年夏天有望获得第一批物理学成果。 王贻芳的脸上浮现出期待的微笑。其实,在被人问得满心苦涩之时,在项目立项的艰苦过程中,他也曾想过放弃,但因为志趣的强大驱动力,因为和一群志同道合者追寻梦想的快乐,他坚持下来了。 立项之初,野外勘查是桩苦差事,可他们心情总像在找寻世外桃源:山后有野兔!还有野果子……土建期间,研究人员轮番往返于北京和大亚湾,住在没电漏水的农舍中,却乐呵呵地称工作是“5+2”、“白+黑”…… 今年8月15日,探测器捕捉到了第一个中微子。当数据出现,整个团队沸腾了。很多个“第一次”都让他们印象深刻而激动不已:开凿隧道的第一炮、第一个探测器元件进场、生产出第一批液闪……但这都比不上中微子“现身”时那一道极微弱而短暂的光。 (《文汇报》2011年10月28日 01版)
个人分类: 我的物理|3120 次阅读|1 个评论
[转载]大亚湾实验报道:绽放在大亚湾地下100米的中国粒子物理之花
热度 2 caojun 2011-10-27 23:23
绽放在大亚湾地下100米的中国粒子物理之花 ——记大亚湾反应堆中微子实验科研团队 新华社(记者乌梦达)2011年10月,前后历时8年的大亚湾中微子实验项目初步建成,开始了它寻找神秘中微子的科学探索。 正是因为一群离核反应堆360米、在100米地下工作了8年的科学家的努力,一个让世界等待了8年的答案即将被揭开。 “这个项目已经让世界等待了8年” 对普通公众而言,只在《2012》这样的科幻电影里听说过充当“灾难制造者”的中微子。“事实上,如果没有中微子,太阳不会发光,不会有比氢更复杂的原子,因此也不会有地球、人类。”大亚湾反应堆中微子实验项目工程副经理、中科院高能物理研究所研究员曹俊说,中微子不仅在微观世界最基本的规律中起着重要作用,而且与宇宙的起源和演化有关,例如宇宙中反物质消失很可能由中微子造成。 因此,在当代物理学研究中,中微子是当之无愧的热点和焦点之一,从1988年开始,先后有6位科学家因为中微子研究而获得诺贝尔奖,对中微子研究每一次进展都完善乃至颠覆了人类对世界的认知。 但中微子质量非常微小,几乎不与物质发生相互作用,极难被探测,同时还能通过振荡相互转化。中科院高能物理研究所所长、大亚湾反应堆中微子实验项目工程负责人王贻芳表示,他们要做的就是揭开中微子最后一个未被破解的振荡模式。“其数值的大小决定了未来中微子物理研究的发展方向,很多中微子研究项目都需要等待这一结果才能继续进行。”王贻芳说。 中国,广东,深圳,大亚湾,是最好的完成地点。 王贻芳表示,为了验证中微子最后一种振荡模式,国际上曾先后提出了8个实验方案,而我国科学家提出的大亚湾实验方案因为独特的地理优势和设计,得到了国际科学界广泛支持。甚至,美国能源部放弃了支持本国的两个实验方案,转而支持美国科学家加入大亚湾实验的合作,向这一项目提供了价值8000万元人民币的设备支持。这是美国能源部在海外投资力度第二大的项目,仅次于欧洲核子中心。 2011年8月15日,在广东大亚湾核电站内地下100米深、距反应堆仅360米的实验大厅内,两个中微子探测器已经探测到来自核电站反应堆群的中微子。这标志着大亚湾国际合作组对中微子第三种振荡模式的测量迈出了第一步。为了这一步,200多位科学工作者付出了8年。 出差住农民房的科学家 大亚湾项目经理李小男介绍,这个项目是中美共同领导的国际合作项目。中方由科技部、中国科学院、自然科学基金委、广东省、深圳市和中国广东核电集团共同支持,投资1.6亿元,在我国开创了国家、地方与企业共同支持基础科学研究的先河;美方则投资了相当于8000万元人民币的设备。“相对于难度巨大、要求极高的工程,这些钱真不多,不省着花还有点捉襟见肘。”李小男说。 项目总工艺师白景芝回忆,项目刚开始时什么都没有。“没办公室,我们就坐在马路边上用膝盖当桌子在笔记本记录。最难熬的是周末大亚湾核电站放假,办公楼一锁我们解手都没地方。” 为了省钱,8年来,100多位曾在这里工作的科学家出差不住宾馆,而住在离项目地点10公里外的农民房里。“外面看着很好,和别墅一样,但里面经常四楼停水一楼天花板滴水,空调也经常罢工,就是一点好,便宜。”参与项目的中科院高能物理研究所研究员王铮说。 因为住得远,科学家们为了方便总是统一行动:7点吃饭,7点20准时出发去工地,这被科学家们称为“半军事化管理”。 “只能说是半军事化,因为军队要吹熄灯号统一睡觉,我们晚上多数因为要收发邮件和国内外同行进行项目交流,睡觉时间并不统一,晚的到凌晨两三点。”李小男解释。 因为项目建设在地下100米,最近处离核反应堆只有360米,土建隧道的施工难度极大,安全要求很严苛。所有的炸药填放均经过精确计算,确保不影响核电站的正常运行。最后完工时结算,在地下100米深处完成总长3000米的高标准隧道建设,总造价只有9000万元。“这么低,说出去都没人敢相信。”李小男表示。 在记者旁听这一项目验收时,验收组成员、中科院院士、著名核物理专家王乃彦感慨:经费这么紧张,真不容易。 王贻芳表示,这是个由科学家自下而上推动的基础研究项目,很多人是因为热情而加入,“这个项目寄托了他们的理想”。 2003年,曹俊和李小男在世界最知名的物理研究机构之一——美国费米实验室工作。曹俊说,当时接到王贻芳邀请他回国的电话,连美国的房子和车子都没卖就回来了。“一直想回来,但国内过去因为基础科学研究相对落后,找不到能参与的项目,大亚湾项目对我来说是很好的机遇。” 随后,帮曹俊卖掉在美国的房子和车子后,他的同事李小男也回国来到了这个项目,两人一干8年。和他们一样的核心团队成员就有30多人,而8年间先后在这里工作过的科研人员有200多人。 让世界听到粒子物理的“中国声音” 基础科学是现代社会科学发展的根基。长期以来,主导基础物理研究的是西方发达国家,而我国由于经费投入不足、研究基础薄弱等客观原因,一直与世界先进水平存在不小差距。 但更为重要的差距体现在认识层面。王贻芳为此专门撰文:经常听到这样的问题,你这个基础研究有什么用?如果回答没有,下一个问题就是:能得诺贝尔奖吗?如果回答还是否定的,下一个问题就是:既没有实际用途,又不能得诺贝尔奖,这个基础研究有什么用? “这种急功近利的思想实际上普遍存在于各级领导、平民百姓、知识分子、科研管理人员甚至一些科学家的心里,虽然有时候他们不一定说出来。”王贻芳说。 事实上,基础研究的滞后一定程度能够解答为何我国难以出现重大科研成果,也佐证了“钱学森之问”。而大亚湾中微子项目的出现,对于中国粒子物理乃至基础科学来说都是一个明显的积极信号。 大亚湾项目是中国第一个“真正意义”上的国际合作基础科学研究项目,而且是由中国和美国共同领导:2006年起成立的大亚湾国际合作组由来自6个国家和地区的39个研究机构、250名研究人员组成。其中,美方参与的阵容堪称“豪华”。布鲁克海文、费米两个国家实验室,加州理工、普林斯顿、伯克利等名校,中方则聚集了中科院、清华等10多所国内一流科研机构。 李小男表示,高能物理的国际合作其实内部有非常激烈的竞争,“简单说合作也要靠实力,没实力就变成光掏钱没有话语权”。 项目的主要装置中微子探测器中最核心的技术是液闪,需要把无机物钆均匀溶入有机物液体闪烁体中,其透明度也决定了实验的成功与否。而众所周知,无机物难溶于有机物。此前法国的一项同类研究中,正是因为其探测器中灌注的液闪在运行100天后变为浑浊,从而被迫终止。 当时,项目组内中美等国提出了多个方案,然而,在第三方评议中,由中科院高能物理研究所研制出的液闪配方性能更佳、稳定性更好,最终成为探测器的选择。这只是大亚湾项目取得诸多创新成果的其中一个。 “粒子物理其实是很小的圈子,你干什么全世界都知道。”曹俊说,当大亚湾项目开始并取得良好进展后,中国收到的粒子物理国际学术会议的大会报告邀请显著增加,“甚至明显感到国际同行对我们的重视态度完全不一样了”。
个人分类: 我的物理|2862 次阅读|2 个评论
“超光速”中微子实验中的测量问题
热度 28 caojun 2011-9-25 15:34
“超光速”中微子实验中的测量问题
意大利的OPERA中微子实验9月23日公布了中微子超光速的发现,引起了世界范围内的热烈讨论。由于相对论的正确性在一百多年内得到了各种实验的反复的验证,是现代物理学的两大支柱之一,因此人们的第一个反应就是OPERA实验测错了。 OPERA实验是一个有200名科学家参与的著名实验,正式发表的结果肯定经过了反复推敲验证,从他们的文章中也可以看到,基本上每个重要的数字都采用不同方法检验,或独立验证。他们出错的概率要比相对论出错的概率大。但是凭空猜测他们哪里做错了,肯定是更不靠谱的。也有可能什么地方他们没有想到。也有可能中微子有什么特殊的性质。下一步最重要的是重复这个试验。 OPERA实验是一个中微子实验,但在这里,中微子的探测不是关键,关键是距离和时间的精确测量。在大亚湾反应堆中微子实验中,同样需要测量从反应堆到探测器的直线距离,要求精确到几厘米。我们请高能所加速器中心的测量小组在现场进行了长达几个月的测量。我曾经与测量小组的董岚研究员讨论过几次,试图弄明白他们的测量和分析方法,后来发现太专业,不可能短期内搞清楚。这里只能就我所了解到的说一点,抛砖引玉。 问题1:GPS能不能测量到厘米精度?答案是可以。 民用的GPS完全可以测到厘米量级。大亚湾中微子实验中,我们在核电厂区内几公里范围内测量精度到了0.5厘米。OPERA实验在730公里的距离上用GPS测量到了2厘米。测量的精度与可靠程度确实与环境条件有关,比如云层、温度,因此一般需要反复测,甚至经年累月地重复测量,抵消环境带来的扰动。这不是一件简单的事,但是是可以做到的,至少比推翻相对论容易得多。 问题2:能不能把中微子产生点到探测点的距离测量到20厘米? 20厘米是OPERA给出的直线距离总误差。 这也是可以做到的。 OPERA实验所在的Gran Sasso实验室,位于横贯意大利的Gran Sasso山脉之中,一条高速公路隧道连接山的两边,中间有三个大山洞,建成了这个世界上最大的地下粒子物理实验室。通过GPS可以把室外能够接收GPS信号的两个点确定到2厘米,然后需要用全站仪,一步一步地将测量导向探测器所在的地方。由于不能象室外测量那样多点布控,减小测量误差,这个误差会比较大,特别是路径的锐角转向比较多的时候。此外,GPS的坐标系是一个标准的椭球坐标系,全站仪的测量是在水准坐标系中进行的。在山区,由于重力异常的影响,GPS的椭球坐标系与水准坐标系一般会有一个夹角,需要在室外也用水准坐标系测量一系列点,与GPS坐标系进行转换,这个转换也会带来误差。大亚湾实验从室外基准点延伸到各个地下实验大厅,总长3公里的隧道,最终的精度可以做到好于5厘米。OPERA实验是接近10公里的隧道,转了几个弯才到探测器处,因此,它的直线距离测量的20厘米误差,主要不是730公里的GPS测量造成的,而是最后10公里的测量。 除此之外,OPERA还用高精度的GPS接收器监视地壳的微小位移(结果发现小于1cm/年),以及由于地震带来的稍大一点的位移。2009年4月在Gran Sasso的地震导致了7cm的位移。 问题3:两台GPS仪器的时间同步能不能准确到1纳秒? 这大概是最富争议的地方,有人说OPERA采用的GPS Common View方法不准。其实 答案是可以 。大亚湾实验不需要这样的时间精度,没有做过。按美国标准局的介绍 ,Com mon View time transfer方法的 典型时间精度 是1纳秒到10纳秒。要求两个点不能隔得太远,这样能够接收来自同一颗卫星的时钟信号,而且信号从卫星下行到两个站的路径条件接近,比如气温、大气波动等。OPERA实验中,OPERA与CERN的GPS接收器时钟由瑞典计量局标定,相差2.3+-0.9ns,也就是说准确到了0.9纳秒,这与美国标准局的说法是一致的。这个结果OPERA也请德国标准计量所独立验证了。为了达到这样高的精度,大概也需要长时间地反复校准、测量,排除环境干扰。从洞外的GPS到探测器,采用了8.3公里长的光纤传输时间同步信号,精度可以到标定到1纳秒。 第4点 是一个很容易被错误理解的地方。 OPERA测量的并不是每一个中微子的飞行时间 ,而是全部中微子的时间分布。有人发挥说OPERA共测到了1.6万次超越光速,发挥错了。由于中微子基本上不与物质相互作用,OPERA用了10的20次方个质子打靶,才探测到了1.6万个中微子 。质 子是一个束团一个束团地加速、打靶、产生中微子束团的。要很多个束团的质子,才能探测到一个中微子。每个质子束团长10.5微秒,或者说,中微子束团的长度大致是2.8公里。当探测到一个中微子的时候,我们并不知道它是束团中的哪一个质子产生的。由束团前面的质子或后面的质子产生,时间上就差了10.5微秒,远远大于OPERA声称的,中微子比光速快60纳秒的尺度。幸好每个质子束团的时间结构基本上是一样的,因为它们是由同一个加速器制造出来的。质子在加速时,每秒钟需要在环内转4万圈,如果时间结构稍有不对,束团就不能保持在环内。将测量到的所有中微子的时间分布画出来,跟预期的一样,它的时间结构与质子束团的结构是一致的。质子束团的时间可以比中微子产生的时间测得更准。由于能量很高,质子、质子打出的pion介子、介子衰变出的中微子基本上都在一条直线上,都以接近光速运动。从测量质子束团时间的地方,到中微子产生的地方,大约是1.5公里。这里的质子速度与光速相差3.2x10 -6 ,更轻的介子差得更小,而中微子相差10 -19 ,因此不会带来大的不确定度。最终测得的中微子时间分布,跟用光速预言的时间相比,平移了60纳秒。见下图。测量质子束团的时间是OPERA结果中最大的误差,但这属于加速器中的成熟技术。 总的来说,OPERA实验采用的距离和时间测量技术,原则上都是可以做到的。虽然不排除某个环节出错,但原理和技术不用质疑。 http://tf.nist.gov/time/commonviewgps.htm
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最纯净的水是蓝色的
热度 42 caojun 2011-8-18 00:15
最纯净的水是蓝色的
经过四年的准备和四年的建造, 大亚湾反应堆中微子实验终于开始取数了。 为了屏蔽来自岩石的天然放射性和去除宇宙线带来的本底,中微子探测器浸泡在一个巨大的水池中。当宇宙线穿过水的时候,会发出切伦科夫光。通过探测切伦科夫光,就可以探测到宇宙线的经过,将它引起的假中微子信号去掉。为了提高宇宙线的探测效率,我们采用了超纯水。尽管对水的性能已经研究了很长时间, 当2000吨的纯水慢慢灌注到水池中的时候,我们仍然感到震惊:怎么是深蓝色的? 图1:灌满水的水池 最纯净的水是什么?18兆欧的去离子水。 如果把水中的杂质全部去掉,水的电阻率会提高,最高可以达到18.2兆欧姆x厘米。溶入杂质后,例如泡在水中的塑料、钢等材料,都会缓慢地溶进水中,电阻率会下降,透明度也会降低。即使没有泡任何材料,接触空气后,空气溶入水中,电阻率会很快下降到1-2兆欧,再过几天,细菌就开始生长。分析光的紫外可见光谱(UV-vis),可以看到由细菌带来的光吸收峰。从自来水出发,经过几步过滤、反渗透、树脂混床,不难得到非常接近18.2兆欧的超纯水。但是为了保持纯度,需要不停地循环,去掉溶入水中的材料微粒,气体,杀菌等。为了尽量使微弱的切伦科夫光被探测到,水必须保持极高的透明度。衡量透明度一般用衰减长度,衰减长度越长,光透过得越多。最纯的水衰减长度在425nm处可以达到100多米,即穿过100多米后,425nm的光还剩exp(-1),约三分之一的光强。普通的自来水衰减长度常常只有2-3米。 在前期试验中,我们用过很多纯净水,但是没有注意到它会呈现出蓝色。也许是规模不够大,也许是观察的背景和环境不同。在地下的实验大厅,装纯净水的池子用一种很干净的涂料喷涂了几遍。它对水的污染小于不锈钢或PP、CPVC等塑料。然后贴上了Tyvek反射膜,也就是上图中的白色部分,提高光的反射和收集效率。这种漫反射膜对整个可见光波段的反射率可以达到98%,因此显得非常耀眼。 我们看到的水的颜色,当然不是它自己发出来的。在大厅中,照明灯是气体放电灯,它的发光接近于白色。光穿过10米深的水,通过Tyvek的漫反射,再经过10多米的水,才能到达我们的眼睛。Tyvek基本上不吸收光。纯水的吸收曲线如图2。当光穿过20米的水后,蓝光吸收最少,红光基本上全被吸收了,见图3。这样,我们看到的水就是蓝色的。 图2:水的吸收曲线,425nm处吸收最小。 图3:照明灯发出的光接近于白光(光谱见下方的直方图),根据上图的吸收曲线,可以计算经过20米水的吸收后,各波长的光还剩多少,见衰减曲线。上方标记100%的水平红线为无衰减的情况。 可见光波段为380nm(蓝)到780nm(红)。 可见,600nm以上的红光全部被吸收,黄光和绿光还剩一小部分,420-440nm的蓝光还剩90%。因此,经过水的吸收后,到达人眼的光基本上是蓝光,因此水池呈现蓝色。 其实不需要20米的水,水池刚开始灌水时,就呈现出淡蓝色。 图4:刚开始灌水的水池,水已经呈淡蓝色。池壁上装有探测切伦科夫光的光电倍增管(PMT)。 蓝色是大自然钟爱的颜色。 天空是蓝色的,是因为瑞利散射的强度与波长的四次方成反比。阳光中的短波长蓝光被空气散射后,使天空呈现蓝色。这个机制正好与上面的纯水相反。一个是蓝光更多地被散射,一个是直射光中红光被吸收,蓝光保留了下来。纯水也有瑞利散射,并在更短的波长扮演主要角色,但是425nm蓝光的衰减长度仍是最长的,说明吸收和散射都很小。 大亚湾实验混制的液体闪烁体,也呈现出漂亮的淡蓝色。不过既不是因为散射,也不是因为吸收,而是灯光中的紫外线激发液体闪烁体,液体闪烁体自己发出了微弱的蓝色荧光。大亚湾液体闪烁体添加了波长移位剂bis-MSB,它的发光光谱峰值在410nm左右。 图5:液体闪烁体发光微弱的蓝光。 还有一种水也是非常漂亮的蓝色,就是核电站核岛内存放核废料的乏燃料水池。换料时,乏燃料棒用机械手从反应堆内取出,移到装满水的乏燃料池中存放比较长的一段时间,再做进一步处理。不过不要被这种蓝色的美丽所诱惑,它是一种切伦科夫光,是核废料中高强度的放射性在水中发出的光。如果没有水的吸收屏蔽,这些放射性可是致命的。
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[转载]大亚湾反应堆中微子实验开始获取数据
caojun 2011-8-15 16:46
高能所主页: http://www.ihep.cas.cn/xwdt/gnxw/201108/t20110815_3322097.html 两个直径 5 米、高 5 米、重 110 吨的中微子探测器成功安装在巨型水池之中,水池已逐步灌满超纯水。水池壁上安装着光电倍增管,通过探测宇宙线穿过水后产生的切伦科夫光,去除宇宙线对中微子探测的干扰。科研人员正在进行实验前的系统调试。 8月15日15时 ,大亚湾反应堆中微子实验国际合作组在京宣布,位于广东大亚湾核电站内的实验装置经过历时四年的建造,在地下100米深、距反应堆仅360米的近点实验大厅内,安装就位的两个中微子探测器已经探测到来自核电站反应堆群的中微子。这标志着大亚湾国际合作组对中微子第三种振荡模式的测量迈出了第一步,实验结果很可能会对宇宙中为什么物质多于反物质提供线索。   中微子是一种难以捉摸的基本粒子,质量非常微小,不带电,太阳、宇宙线、核电站等都能产生大量中微子,甚至于人体极为微弱的天然放射性,每天也会产生大量的中微子。它极难被探测,几乎不与物质发生相互作用,可以轻松地穿过人体、建筑,甚至地球,不带来任何影响。中微子有三种类型,或者称之为“味道”,即电子中微子、μ中微子和τ中微子。它们可以通过振荡从一种类型转变成另一种类型。   大亚湾实验是对中微子的第三种振荡模式的测量。在这种振荡模式中,主要由电子中微子组成的混合态转变为主要由τ中微子组成的混合态。这是最后一个未知的混合角,称为θ 13 (西塔一三),其数值的大小决定了未来中微子物理研究的发展方向,并且与宇宙中“反物质消失之谜”有关。大亚湾实验的科学家们预计,要实现测量θ 13 到百分之一的精度的实验目标,大约需要两年的取数时间。   由于科学意义重大,国际上曾先后提出了8个实验方案。由我国科学家提出的大亚湾实验方案具有独特的地理优势和独到的设计,得到了国际上的广泛支持。美国能源部放弃了支持本国的两个实验方案,转而支持美国科学家加入大亚湾实验的合作。自2006年起成立的大亚湾国际合作组,目前已发展为由来自6个国家和地区的39个研究机构,250名研究人员组成。实验的中方经费由科技部、中国科学院、自然科学基金委、广东省、深圳市和中国广东核电集团共同支持,在我国开创了国家、地方与企业共同支持基础科学研究的先河。中国广东核电集团对大亚湾反应堆中微子实验的建设给予了宝贵支持。该实验是中美在基础研究领域规模最大的合作之一,是美国能源部在国外投资第二大的粒子物理实验项目。   “这是一个非凡的成果,来自全球数百位科学家和工程师八年的努力——四年的计划准备和四年的建设。”大亚湾实验合作组发言人、中国科学院高能物理研究所常务副所长王贻芳说,“我们集体努力,建设了一个地下实验装置,探测来自反应堆的中微子,目标是寻找一种新型的中微子振荡并对它进行精确测量。”   “从大亚湾获取的第一批数据使我们可以开始测量这个未知混合角,并最终将振荡幅度测量至1%的精度以内。”来自美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的大亚湾合作组发言人陆锦标说道,“这个精度比现在的测量结果高出一个数量级,而且远比正在进行中的其它实验精确得多。实验结果将对解释中微子在宇宙大爆炸后最早的一段时期内基本物质的演化,以及为什么今天宇宙中物质比反物质更多做出重大贡献。”   大亚湾实验地理位置优越,紧邻世界上最大的核反应堆群之一,并且紧邻高山,非常适合对θ 13 进行精确测量。它通过8个全同的探测器来获取数据,探测器放置在附近山底下的三个地下实验大厅中。   距大亚湾反应堆360米的一号实验大厅最早开始投入运行,距岭澳反应堆约500米的二号大厅今年秋天将开始运行,最远的三号大厅,离核反应堆群约两公里,也会在2012年的夏天开始取数工作。   大亚湾实验是一个中微子“消失”的实验。周围的反应堆产生了海量的电子反中微子。两个近点大厅中的探测器将会测量这些中微子的初始通量,而远点大厅的探测器将负责寻找预期中的通量减少。   每个中微子探测器为直径5米,高5米的圆柱形,装满透明的液体闪烁体,总重110吨。当捕捉到中微子时,液体闪烁体将发出微弱的闪光。高灵敏度的光电倍增管安装在探测器的内表面,放大并记录这些闪光。   相比反应堆每秒钟产生的无数中微子而言,近点实验大厅中的两个探测器只能捕捉到极小的一部分,大约每天一千多个。而位于远点实验大厅的4个探测器,由于距离较远,每天只能探测到几百个。为了测量中微子混合角θ 13 ,实验需要准确记录远、近探测器的通量差别和能量分布。   实验大厅位于深山底下,以屏蔽宇宙线,同时,探测器放置在水池之中,以屏蔽周围岩石层的放射性。尽管有这些屏蔽,一些高能量的宇宙线依然可以穿山而入。这时,装在水池墙上的光电倍增管和水池顶上的μ子探测器会记录下这些宇宙线的轨迹,并从中微子数据中排除掉。   中国与美国领导了大亚湾反应堆中微子实验,同时还包括来自俄罗斯、捷克、中国香港和台湾的合作者。国内单位包括中科院高能所、清华大学、中国科学技术大学、南京大学、上海交通大学、山东大学等15个科研院所和院校。中方由来自中国科学院高能物理研究所的王贻芳任项目经理,美方由来自劳伦斯伯克利国家实验室的比尔·爱德华兹任项目经理、布鲁克海文国家实验室的史蒂夫·科特尔任首席科学家。 大 亚湾 实验将安装 8 个中微子探测器(中心探测器)。探测器直径 5 米,高 5 米,由直径分别为 3 米和 4 米的薄壁有机玻璃罐分隔成三层嵌套的同心圆柱,由内向外依次灌装掺钆液体闪烁体,普通液体闪烁体和白油,总重 110 吨。当中微子在探测器中被捕获时,将激发液体闪烁体发出微弱的闪光,由安装在白油中的光电倍增管探测到。图为正在洁净间中组装的中心探测器 。 110 吨重的中微子探测器正在吊装入 10 米深的水池中,并安放在 2.5 米高的台架上。 大亚湾反应堆中微子实验的合作单位有:   中国:北京师范大学、成都理工大学、中国广东核电集团、中国原子能研究院、香港中文大学、东莞理工学院、香港大学、中国科学院高能物理研究所、南开大学、华北电力大学、台湾交通大学、南京大学、台湾大学、台湾联合大学、山东大学、上海交通大学、深圳大学、清华大学、中国科学技术大学、中山大学   美国:布鲁克海文国家实验室、加州理工学院、伊利诺理工学院、爱荷华州立大学、劳伦斯伯克利国家实验室、普林斯顿大学、伦斯勒理工学院、锡耶纳学院、辛辛那提大学、加州大学伯克利分校、加州大学洛杉矶分校、休斯顿大学、伊利诺大学香槟分校、弗吉尼亚理工大学、威斯康辛大学、威廉与玛丽学院   俄罗斯:联合核子研究所、库尔恰托夫研究所   捷克:查理斯大学
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一天一夜造出一篇学术论文:理论家的乐趣还是病态?
热度 88 xingzz 2011-6-17 11:50
一天一夜造出一篇学术论文:理论家的乐趣还是病态?
15号早上一到 ECT* 的办公室,就看见陈所长和大亚湾合作组的邮件: 日本的 T2K 中微子实验发布最新结果,最小的中微子混合角 theta(13) 可能比预想的大得多,最佳拟合值在 10 度左右! 中午与这里的中外同行交流了一下,大家都有些兴奋。作为大亚湾合作组的一员,我老人家一直担心加速器实验可能会抢在反应堆实验之前发现 theta(13) ;也一直担心整体拟合有可能会抢在直接测量之前得到 theta(13) 的值,就像当年 top 夸克的命运一样。 吃过中午饭, 我老人家决定趟一把浑水,就 T2K 的实验结果写一篇正式的理论文章,一天之内! 年轻的时候,我在江湖上有 “ 快手 ” 的美名,老邢飞刀准头不够,力道也差劲,但是出手极快,往往令敌人防不胜防,慌乱之中打饱嗝流口水。那时候我也有过一天一夜造出一篇学术论文,发表在美国《物理评论》期刊的纪录,而且不止一次。注意: 我老人家所说的 “ 造出 ”, 包括了物理想法的产生、解析计算、数值计算、英文写作、投稿的全过程,不是仅仅写作的单项。 至于一周之内或两周之内造出一篇论文,更是很有几个可举的例子。我那篇被诺贝尔奖得主李政道先生正式引用过六次、成为美国斯坦福大学高能物理数据库 “FamousPaper” (单篇引用 250 次以上的文章)之一的论文,也是 2002 年春节休假在家一边感冒一边发烧一边做成的。这个故事很有些历史可挖,以后再专文回顾。总之,发文章手快是当年界内同行给我的一个评价,褒贬不一。 我老人家自己的解释是:你做的东西如果技术上不难,你又想往风头和潮流上赶,那你只好:第一要有一点新颖的物理思想、第二出手要快,不能磨磨唧唧,这样你的小工作才能被人认可和引用。 但是对于年轻人,我一般不鼓励他们像我这样做,所以遇到这种游戏的机会,我老人家一般都是单练,不怎么带学生一起玩,怕把孩子们带坏了。 可是,话又说回来了(怎么这么快就说回来了?^_^),我老人家已经没有当年的体力和精神了。小刀不磨就要生锈,何况是一老白菜梆子。 竞争,成为第一个出与 T2K 实验结果有关的理论文章的人,是我的精神动力,也是我老人家这么多年做理论物理的乐趣之一。 所以,我决定重出江湖,干它一票。在办公室开始动手做一点解析计算。然后回到旅馆做数值计算,因为计算器留在旅馆房间里了。算一部分,开始动手写一部分。写作是我的强项,这一点我老人家早就说过了 N 次。到了下午五点左右,女儿从北京打来电话,讨论数学问题。完成了小 CEO 的任务之后,出去吃晚饭,在火车站附近随便找了一家阿拉伯人开的餐馆,快餐之后马上返回。我最初想当晚就把文章写出来,送到康奈尔大学的预印本库,第二天全世界的同行都能看见。可是到了午夜,只干出来一半左右,不满意。 咱虽然讲求快,质量也不能搞得太低,要不然在江湖上混起来太没面子。 于是我老人家决定上床睡觉,次日接着来。可是在床上无法入眠,脑袋又兴奋起来,加上这几天的感冒没好利索,有点低烧,越加地兴奋。于是起床,冲个热水澡,喝两杯零度可乐,接着工作。 到了凌晨三点,终于把论文的小模样搞定。电脑右下角显示, 北京时间已经是 16 号 9 点了。我马上上网浏览了这一天的高能物理和天体物理宇宙学预印本,发现 T2K 合作组的文章已经正式贴出来,而理论同行还没有任何反响。 太好了!于是我把七页的小论文投到预印本库,给北京家中的大 CEO 请个安,然后再洗个澡,上床,终于睡到早上七点半。起来洗漱完毕,觉得文章还有一些改进的余地。反正它17号才会正式出现在预印本库公告中,我还有一天的修改时间,但是位子已经占住了。早饭后上班来,做了一些进一步的计算,增加了一些物理讨论。论文长到了八页,作为快报类或简报类的工作已经不算短了,看起来也已经像那么回事了。上午还听了一小时的学术报告。扣除午饭时间,和唐同学的小讨论,和女儿的小讨论,我又把全文润色了一遍,然后进入预印本库,对第一版作了替换。 星期五,我的快餐式论文正式出现在预印本库,成为这场 T2K — theta(13) 风波的第一篇理论文章。 我猜测会有更多的文章随后出现,那我老人家的熬夜就算值了。 这里不是描述物理细节的地方,但是我还是简单说一下我的论文的主要思想。 如果 theta(13) 比较大,与最大的夸克混合角(卡比堡角, 13 度)相差不多的话,目前的很多中微子理论模型就完蛋了。 我建议重新考虑模型构造,警告同行们不要太专注一个具体路线,而是要 open-minded 。 较大的 theta(13) 对于 HaraldFritzsch 和我 1996 年提出的“民主”中微子混合模式来说,算个好消息。 我熬夜赶制的模型,就是基于“民主”的思想,采用新的微扰假设,得到了与 T2K 和其他实验结果十分相符的结果。当然, 具体的模型构造都可能不是真的,最重要的是你要有正确的物理导向,走在正确的路上,然后才可能最终得到正确的定量结果。 大亚湾的同行正在评估 T2K 实验初步结果的可靠性和可能对反应堆实验进度造成的冲击。 这是一个关键时刻,我祝这些特有才的实验家们尽快找到在竞争中立于不败之地的路径。 客观地说,一个较大的 theta(13) 混合角对中微子实验物理的长远发展,绝对是一个好消息。大亚湾二期如果上马,一些物理目标的实现也要求 theta(13) 不能太小。还是那句话,祝大亚湾好运! 每年我老人家都要求自己至少一个人做出一篇文章,完全不依赖学生和博士后或者其他合作者。 单练是我多年闯荡江湖的风范。我怕自己越来越依赖年轻人,尽管不服老真不行。 所以小刀每年都要磨一磨,出手才不至于太慢,起码不能连街头小无赖的招儿都接不住。我想我老人家这个习惯是个好习惯,我希望它已经潜移默化了我的学生们。这篇一天一夜赶造出来的论文,也算完成了今年单练的定额。 那神马,搞理论物理的,有几个脑子没病啊! (2011年6月17日清晨,意大利Trento)
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深圳对地震不可掉以轻心
热度 2 葛肖虹 2011-3-8 23:23
深圳对地震不可掉以轻心
春节期间和香港的老朋友陈兆湖通话,我向他谈起在深圳大亚湾看到了长乐 - 南澳断裂的踪迹(见深圳地质公园博文)。他说 香港特区政府 很重视这条断裂带。2008年汶川 “ 5 . 12 ” 地震发生后, 香港特区政府 立即请他组织评估:如果长乐 - 南澳、莲花山断裂活动引发地震会对香港造成什么影响?我这位老朋友是 我北京汇文中学的同窗好友, 1956-1961 年我在北京地质学院,他在北京大学构造地质专业学习并毕业, 1961-1978 年和我同赴长春,同在长春地质学院区域地质教研室一个教学组任教,讲授中国区域大地构造学和构造地质学。 1978-2000 年在香港多个工程顾问公司(即建筑设计院)任高级地质工程师和岩土工程师,参与香港多个重大基建工程如香港新机场、青马大桥和台湾北部第二条高速公路的修建, 1997 年被香港特区政府聘为高级岩土工程师, 2000 年从香港政府土木工程署退休 , 后又返聘为 香港特区政府 路政署重大工程驻工地岩土工程师。 200 8 年 “ 5 . 12 ” 之后,他组织人员在现场进行了四个多月的调查评估,发现断裂切过一个1932年修建的水库, 香港特区政府就要求他们评估如果水库泄漏会有多大水量?会淹没哪些地方?会在哪些地方引发泥石流灾害?他们的评估报告两年来已经列入了香港特区政府的市政建设规划,一些泄水工程、防范工程已经在修建。足见香港特区政府对专家评估意见的重视,尤其是对香港人民生命财产高度负责的态度令人敬佩。 从下图 ( 图1 ) 可以看到 长乐 - 南澳断裂平行深圳市区,而莲花山断裂带正好穿过深圳市区和一些重要建筑,不知深圳市政府是否也对上述断裂带做了充分的评估和采取了足够的预防范措施? 图1深圳及邻区地质图 莲花山断裂带是丽水 - 海丰大断裂带的延伸,长乐 - 南澳断裂是闽东南近海一条大断裂,二者延伸数千余公里,经历过印支期(距今2亿年)的变形、晚燕山期(距今1 . 5 - 1 . 4亿年)走滑断裂变形和古近纪末 ( 距今2400 - 2300万年 ) 的挤压断裂变形,后者是太平洋板块向西挤压的产物。它们是地壳 - 岩石圈明显的构造薄弱带和活动断裂带。南澳在1600年和1918年发生过7 . 0和7 . 2级地震;海丰1693年发生过5级地震。2008年汶川地震发生时亚洲 GPS 地形变矢量图 ( 图2 ) 明显标示了我国东南部,特别是闽粤沿海一带存在一条北东东走向延伸的地形变矢量密集带,和太平洋板块向西挤压有关。近期新西兰地震和刚刚发生的日本仙台8.8级强烈地震都应该是太平洋板块向西挤压的结果,因此必须警惕同样因素诱发闽粤沿海一带地震的可能性。深圳是1400万人口的工业大都市,像香港一样,防范地震灾害和次生灾害应该作为市政建设一项必不可少的中长期任务来抓,切切不可掉以轻心。 图2 . 亚洲 GPS 地形变矢量图 图3 西太平洋地震构造图——箭头线即太平洋板块现在的运动矢量迹线
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从大亚湾核事件说起
songshuhui 2010-11-24 17:49
沐右 发表于 2010-11-23 05:17 2010年10月23日,广东大亚湾核电站发生了一级核电站运行事件,发现核反应堆的余热排出系统(又称为辅助冷却系统)管道发生泄漏,但四天之后才通报外界,引起了一定的质疑 。 那么,这次事件有多严重呢?核事故有多可怕呢? 在《 辐射伤害知多少?(上) 》里面,我们简单地介绍了核辐射的种类、对人体造成伤害的原理,并通过数据的对照,说明了大家对天然辐射(自然辐射)、乘飞机出行中多受到的宇宙辐射、正常工作的核电站辐射并不用太过担心。每年我们受到的天然辐射就达到了2.4mSv,随着地理位置的不同,地表氡含量的不同, 这个数字一般可能在1-10mSv甚至更大的范围内变化 。 与此相比,正常工作的核电站并不会给我们带来辐射量上的显著变化。 不过呢,俗话说的好,马有失蹄,即使技术再先进,管理再严格,包括核燃料处理、核电站、核废料掩埋、工业和医学核应用等和放射性材料有关的人工的核设施也会因为某些技术故障或者人的疏忽而发生意外,而这些意外往往会引起公众的恐慌 。在这些设施里面,核电站因为在设计上就是为了可控地从驱动原子弹爆炸的核裂变反应里面获取能量,而且历史上曾经发生过切尔诺贝利事故这样极其严重后果的核泄漏,更是部分人心目中的不定时炸弹。实际上,核电站并不能像原子弹那样爆炸,并且发生严重的核事故的几率极低(拓展阅读: 小蓟夏静好 的《 核电站安全吗? 》)。比较起来,核电站比其他的能源来源都要安全 。 法国的Cattenom核电站照片(来自 Dr. Alzheimers photo blog ,说老实话,大亚湾核电站长的不好看)。 说它安全,不是说核电站不会发生事故,而是说从设计、建造到日常运营都有严格的安全设定,而且对于可能发生的各种事故都是有所预计有所准备的。就像地震的分级一样,核事故也有表明严重程度的分级。下面的表格是我翻译的《国际核事故分级表》 ,希望能对大家理解核电站的安全性有所帮助。表中列出了1-7级事故的分级标准,每高一级事故的程度大约严重十倍。所有程度非常轻没有任何危险的事件都被包括在0级里面,1级是异常情况,这次大亚湾核电站发生的是一级事件,反应堆辅助冷却系统的管道出现三条微细裂纹 ,发生的是一级核电站运行事件,在分级表上被认为是对周围的居民和环境没有影响,泄漏发生在安全防护系统之内。按照《国际核事故分类表》,1-3级的严重程度并不够事故的标准,被归类为事件,而4-7级才真正被称为事故(切尔诺贝利事故就是7级事故)。再者,按照新闻里面的说法,这次事故导致每名工作人员吸收的辐射不多于2mSv(1Sv=1焦耳每千克) 。这个数字远低于国际标准里面核电站工作人员每年最大允许的辐射剂量(50mSv,国家标准也是这个数字),也远低于核电厂标准里面每年20mSv的年最大辐射剂量,可以认为对身体并没有危害,属于一级事件里面的安全部件有微小问题,并不严重。事发之后广东省在核电站周围的辐射监控点以及香港对空气中辐射的监测也都没有发现任何异常。从表里面也可以看出,0~1级事件对核电站周围的居民和环境没有任何危害,而考虑到向公众通报则有可能引起不必要的恐慌,按照国际惯例是不需要通报的。日本于2000年6月颁布了《核灾害事件应急特别法》(日文为原子力灾害对策特别措置法,简称原灾法),规定,发生国际核事件分级表(INES)2级或2级以上的事故,都必须及时在互联网上用日文和英文公布,而一级事件是不包括在内的。 :表里的标准是并列的,有一条符合某一级的标准即为那一级的事件。比如说,1979年3月28日,美国宾夕法尼亚州的三里岛核电站发生了放射性物质外逸的重大事故(5级),由于一系列的故障和管理、操作的失误,反应堆堆芯冷却系统被错误地关闭,导致了堆芯融化。由于反应堆的几道屏障工作完好,没有任何伤亡,在事故现场仅有3人受到了略高于半年容许剂量的辐射。虽说周围有约20万居民撤出这一地区并且引发了全美各地的恐慌,但是对核电厂附近的民众实际上增加的辐射剂量相当小,它符合5级事故的反应堆堆芯严重受损的标准,主要的损失是经济上的。参见 这里 和 这里 。 细心的朋友们可能注意到,新闻里面提到这次泄漏的辐射相当于20次x光的剂量,根据新闻里面给的数字 ,算出的一次x光检查对应的辐射是0.1mSv,而在《 辐射伤害知多少?(上) 》里面我们提到的一次医用x光检查的平均辐射是1.2mSv。这两个数字并不矛盾。实际上,随部位的不同,医用x光检查的辐射剂量是不同的,根据新加坡善达社区医疗(SATA Common Health)的数字,一次医用x光检查的辐射从最低的小于0.01mSv(四肢肢体及关节)到最高的3mSv不等(钡餐) 。数字之间并无矛盾。 对于机场、地铁站的行李检查用的x光安检仪来说,首先,辐射只作用在行李上,对人体是没有辐射的,而且x光也不能留在行李上等待人的吸收。再说,安检仪用的辐射剂量一般要比医疗用的剂量要小,即使泄漏出一点也对人体无害。科学家们有时候会比一般公众更关心安检仪的辐射问题:在干细胞研究领域里,有时候需要在不同国家之间转运干细胞样品,而样品要放在手提行李里面接受x光机的检查,那样品会不会坏掉啊?经过科学家统计研究,每次行李行李安检过程中,受到的辐射是约0.0015mSv,对样品没有危害 。根据这个数字,我们可以相信,即使把乘客像《幸福终点站》里面的维克多那样塞进x光行李安检仪里检查,对于人体也是完全无害的,甚至说天天从行李安检仪里面过,一年增加的辐射量也不到0.6mSv,跟天然辐射的数字比较起来也是不值得担心的。 随着经济生活的进步,人类对能源的需求越来越高。作为当前能量主要来源的煤炭、石油和天然气储量有限,总有耗尽的一天;水电清洁干净,但是总量实在有限;而我们寄予厚望的太阳能、风电目前成本还相对过高,还不能大规模地应用。核能作为清洁、干净、环保、安全的能源方式,是目前人类解决能源问题的必然选择,世界上很多国家和地区都有不少正在建设或者计划建设的核电站 。只要核电站的选址、建造、运营满足一定的标准 ,对于正常建造的核电站,完全没有必要恐慌。实际上,很多国家的民众都对核电站有所担心甚至谈核色变,比如说美国医院里面的核磁共振成像就被称为磁共振成像,避开核这个恐怖的字眼。实际上多了解一些关于核电站各个方面的知识,就能够很大程度上缓解这种因为不了解而产生的恐惧情绪。 参考: 1.文汇报,《 大亚湾再漏核电 工人如照20次X光 》,http://trans.wenweipo.com/gb/paper.wenweipo.com/2010/11/16/HK1011160013.htm 2. 联合国原子辐射效应科学委员会, Report of the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation to the General Assembly , http://www.unscear.org/unscear/en/publications/2000_1.html 3. 南方都市报,《 谣传钴60爆炸 杞县群众忙逃离 》,http://gcontent.oeeee.com/6/9a/69a5b5995110b36a/Blog/a3a/4acd62.html 4. 世界核能协会, Safty of Nuclear Power Reactors , http://www.world-nuclear.org/info/inf06.html 5. 新加坡善达社区医院(SATA Common Health), Safty Radiation Exposure in X-ray Examinations , http://www.sata.com.sg/upload_doc/Safety%20Precaution.pdf 6. Andreas L. Petzer et al., Breaking the rules? X-ray examination of hematopoietic stem cell grafts at international airports , Blood 99, (4632), http://bloodjournal.hematologylibrary.org/cgi/reprint/99/12/4632.pdf 7. 世界核能协会, Worldwide reactors under construction , http://world-nuclear.org/NuclearDatabase/rdresults.aspx?id=27569ExampleId=62 8. 国家环境保护局,《 中华人民共和国国家标准-核电厂环境辐射防护规定 》, http://www.zjepb.gov.cn/UPLOAD/EPStandard/z276.pdf 感谢 水龙吟 , Sheldon ,山要和whig对本文的帮助。 《 辐射伤害知多少?(上) 》那篇文章之后,有很多朋友们参与讨论,提到了大亚湾核电站的事情,所以才写了这篇文章,在这里多谢在群博上参与讨论的朋友们。
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[转载]大亚湾时代的中微子物理
caojun 2010-11-2 10:11
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谁制造了大亚湾核泄漏的谣言?
caojun 2010-6-22 05:28
6月15日,香港媒体出现大亚湾核泄漏的消息,这是第一波。很快,大陆的网络开始跟进,基本上是照抄和引用,说有核泄漏,这是第二波。大亚湾核电站24小时后发表澄清,说没有核泄漏,更多的大陆网络媒体开始引用核电站的话,说没有核泄漏,这是第三波。48小时后,国家核安全局发表澄清公告,事情告一段落。 在第一波中,大亚湾核电站的香港股东中华电力有一个书面声明,指5月23日大亚湾核电站二号机组反应堆冷凝水发现放射性碘核素和放射性气体均有轻微上升,在过去两星期,这些放射性水平保持稳定,没有特别变化。声明又指,这些放射性核素会被完全隔离,因此不会对公众有任何影响。这个声明与后来核电站与核安局的澄清是一致的,但是公众大概理解不了,还是漏了嘛!第二波中,也有一个BBS贴子,说问了他的同学,核安局常驻核电站的官员,回答说没问题。但总的来说,一是网络媒体转载时不负责任,很少有人求证消息的真实性,把责任推给出处。二是核电站与核安局反应不够快,结果谣言满天飞。 核能是一种清洁能源,发展包括核能在内的清洁能源是我国的国家战略。但是我们对核能的科普还远远不够,出于对核事故与放射性污染的恐惧,有许多不了解核能的人,谈核色变,反对建核电站。散播核泄漏的谣言,显然会对发展核能起到阻碍作用。实际上,现代的反应堆技术已经基本成熟,不仅是清洁能源,其安全性实质上好于占我国发电份额80%的火电。那么此次事件的实质是什么,谣言又是怎么出来的呢? 大亚湾核电站是压水反应堆,堆芯由157个燃料组件构成,每个燃料组件有264根燃料棒,每根棒有271个燃料元件。燃料元件用二氧化铀烧结成1厘米大小的陶瓷状圆柱体,装入0.57mm厚的锆合金管内密封,构成一根燃料棒。每个反应堆有4万多根燃料棒,1千1百多万个燃料元件。反应堆运行时,堆芯产生的能量由流经燃料棒外壳的冷凝水带走,并在蒸汽发生器处将热能交换给二回路的给水,产生蒸汽,推动发电机组。冷凝水同时起到慢化中子,维持反应堆运行的作用。冷凝水的运行范围包括堆芯、蒸汽发生器、以及连接它们的管道等,称为一回路,完全位于混凝土安全壳内。这个安全壳就是我们从外面看见的圆柱形厂房,称为核岛。冷凝水是有放射性的。裂变产物中有一部分是放射性气体,在高温高压下会渗透过锆合金管,进入冷凝水中。同时中子活化也会带来放射性。在高温高压下,一回路的冷凝水在正常情况下也会有微小的渗漏。这些渗漏出来的水会被收集起来,由专门的处理系统通过除盐或蒸馏的方法去除放射性。因此,放射性物质有三重屏蔽,一是烧结的燃料元件和燃料棒外壳,屏蔽掉绝大部分放射性;二是一回路的压力边界,只要管路不破裂,放射性会控制在非常轻微的范围内;三是混凝土安全壳,将几乎全部的放射性屏蔽在场内。在高温高压下,燃料棒外壳有可能破裂。如果破裂,由于燃料元件烧结成陶瓷状,98%以上的放射性物质仍会被留在燃料元件内,但会有一部分放射性产物进入冷凝水,增加它的放射性。只要在允许值之内,则核电站的专门处理系统可以正常处理。一般压水堆的设计最多允许1%的燃料棒破裂。 如前所述,5月23日大亚湾核电站二号机组发现冷凝水放射性轻微上升,但仍低于允许值的十分之一,后来分析可能有一根燃料棒的外壳有裂纹。由于冷凝水是密封的,与核泄漏是完全两回事,分类上属于带有微小偏差的正常运行,国际上出现同类情况也很常见。根据忧思科学家联盟(The Union of Concerned Scientists)1998年的不完全统计,几年间出现燃料棒破裂而保持正常运行的有:1)佛蒙特州的Yankee电厂;2)北卡罗那州的Brunswick电厂;3)弗吉利亚州的Surry电厂;4)威斯康星的Point Beach电厂;5)密歇根州的Palisades电厂等等。其中Point Beach电厂的燃料棒破裂,以至于内部的燃料元件都可以看得见,但其冷凝水的放射性水平约为允许值的十分之一。 核电安全事故分为7级,4567级为事故,123级称为事件,都需要上报国际原子能机构。其中3级为有少量放射性外泄,工作人员受到辐射,对健康产生影响。低于以上分级的称为0级,叫偏离,安全上无重要意义,不需要上报。此次大亚湾燃料棒破裂连0级都够不上,而核泄漏至少是3级以上。是谁捏造了 大亚湾核泄露事故?最早的报道来自自由亚洲电台。6月14日,该台记者李莉报道:深圳大亚湾核电站发生历来最严重的核泄漏事故,本台获得独家消息指,核电厂一个机组在上月23日运行出现异常,检测发现辐射泄漏超出厂区范围,至今仍未受到控制,严重威胁附件居民性命安全。当局因为担心引起恐慌及打击当地房地产,一直封锁消息,亦未有依据协议向香港方面汇报出事机组已运转10多年,,事实上电站已有老化迹象两年前开始转用大陆制军用燃料棒,曾被各方质疑其安全性。确实是独家,因为就是它捏造出来的,而且还称老化、大陆制军用燃料棒,企图引起长期的负面效果。 所谓自由亚洲电台,其总部位于华盛顿,原隶属于CIA,后自称是私营的非盈利组织,实际上拿着美国国会的拨款。冷战结束后,CIA认为自由欧洲电台功不可没,将其原班人员并入自由亚洲电台,将造谣污蔑的能力发扬光大,无论是新疆还是西藏,都可以看到它煽风点火的影子。如果是它的原版消息,估计国内稍有头脑的人也不会这么转载。这次利用一部分香港人的反核心理,通过香港媒体的转载,这起捏造的谣言居然在国内广为传播。 中国目前80%的电来自火电,15%来自水电。火电除了广为人知的温室气体排放和环境污染外,实际上在其它方面造成的破坏也相当高。我国煤矿的百万吨死亡率为2.041。一个900MW的火电厂(相当于大亚湾核电站一个反应堆),每年消耗200万吨煤,要付出4个矿工的性命,还不包括远远高于这一数字的矿工的职业病伤亡和火电厂环境污染造成的死亡。更不为人知的是,火电造成的放射性污染居然也大于核电厂。放射性实际上无处不在,例如一个人体内自身的放射性就有5000Bq左右。只要放射性水平在适当的范围内,对人并没有危害。在煤矿中也往往有较高的放射性,这些放射性会随煤燃烧释放到空气中。一个900MW的火电厂一年平均释放出60亿Bq的放射性。水电也是清洁能源,但是也有移民、破坏自然环境、破坏生态平衡的坏处。比较而言,核电还是比较好的选择,除非我们打算不用电,回到农业社会。现在也出现了不少反核人士,尤其反对在自已家附近修建核电站。这些反核人士,如果不是缺乏科学素养的话,就是自私自利。矿工在遥远的地方,但核电不能修在我家旁。
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大亚湾中微子实验展板
caojun 2010-1-21 12:21
最近为大亚湾现场控制室制作的6块展板。 1 2 3 4 5 6
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西冲风光
caojun 2009-10-20 18:15
上月底去大亚湾核电站,闲下来跑到南澳的西涌去玩,坐车不到一小时。西涌的海是外海,远离城市,游人也不象南戴河北戴河那样people mountain people sea,海水清象宝石。空手去的,看到这么漂亮的海滩和海水,就买了泳裤和眼镜下水。浪比较大,好看但不好用,几个大浪打过来,站在水里一不小心被打翻了几个跟头,鼻子耳朵里都是海水,才认识到海水不管多么清,本质上都是又苦又咸的。
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