由多國粒子物理學家組成的大亞灣中微子國際研究團隊，經過長達十年研究，近日公布中微子振盪其中一項重要參數的測量成果，達到極其精確程度，有助解答宇宙「大爆炸理論」中物質遠多於「反物質」之原因。
以中大物理學系朱明中教授為首的香港物理學家，以及一眾中大本科及研究生參與此研究，為實驗建立監測及數據採集系統等，發揮香港科研力量，幫助世界解開圍繞物質和宇宙本質的一些最大謎團。
測量了解「幽靈粒子」的重要參數
中微子是亞原子粒子，特性是難以捕捉和數量眾多。它們以接近光速無休止地射向地球表面，但幾乎不會與物質相互作用，即使穿越厚度達一光年的鉛板都不會干擾其中一個原子，因此被稱為「幽靈粒子」。它們能夠在三種不同的種類（英文稱為「味道」flavour）：µ子中微子、τ中微子和電子中微子之間來回轉化，稱為中微子振盪；而出現振盪的機率，則以三個混合角來描述，其中混合角q13*是在大亞灣實驗前唯一未被測量出來的參數，亦是解開中微子奧秘的關鍵。
研究團隊在廣東大亞灣核電站附近設置多個大型圓柱形粒子探測器，接收來自核電站的反中微子流產生的光信號。在2012年，實驗開始僅一年時間，研究團隊已公布q13首個精確測量結果，並被美國《科學》雜誌評為當年十大科學突破之一。
直至2020年，團隊合共收集了550萬次中微子振盪的數據，經分析後得出的q13 值，精確度是實驗設計目標的兩倍半，成果遠超預期。這對往後的研究十分重要，特別是認識反中微子的性質和相互作用、拆解宇宙中物質和反物質的不平衡及解釋物質遠多於反物質的事實。
香港團隊負責中微子背景測量及數據採集系統
是次項目由中國科學院高能物理研究所（IHEP）及美國能源部（DOE）勞倫斯柏克萊國家實驗室和布魯克海文國家實驗室共同牽頭，亞洲、歐洲和北美地區共42 個機構、237名科學家一同參與。香港團隊以中大物理系朱明中教授為首席研究員、香港大學物理系梁幹莊教授和潘振聲教授為聯合研究員，得到香港研究資助局共一千七百萬元的資助，另外有超過40名中大物理系學生，包括多名本科生參與。
香港研究組主要負責設計、建造及運營反中微子探測器的礦物油監控及密封氮氣系统，以及一個連續的氡氣監測系统，以確保探測器不受污染。香港研究組亦參予實驗數據擷取及分析的工作，包括惰性中微子及中微子退相干的搜尋。
除了在大亞灣附近的主要實驗室外，香港團隊亦重建了香港仔隧道內的地下實驗室，建造宇宙線及中子探測器，以測試與大亞灣相似的地下實驗室內各種輻射本底，了解有甚麼背景干擾因素，以支援大亞灣實驗。
朱明中教授表示：「這是第一次有來自香港的科研團隊參與一項重要的國際基礎物理學實驗，並且得到突破性成果，為香港的基礎物理研究打了强心針。」
展望未來，大亞灣團隊預計將報告最終數據集中的其他發現，包括更新先前的測量結果。
*物理學家根據中微子振盪幅度來測量 q13，或者在數學上寫成sin22q13。
有關中微子實驗合作組發表的詳細測量結果，可參閱以下聯合新聞稿：http://english.ihep.cas.cn/nw/han/y22/202205/t20220531_306058.html
