中国大亚湾中微子实验结果报告、在线访谈

明天早上10点，科学网举行在线访谈，邀中科院高能物理研究所的邢志忠研究员、曹俊研究员回答网友提问。

1.         2012年3月8日，大亚湾反应堆中微子实验国际合作组在北京宣布，发现了中微子的第三种振荡模式。此次发现意义重大，前两次中微子振荡的发现者都得到了诺贝尔奖。
   
2.         2012年3月14日10时，科学网邀请参与此次项目的曹俊、邢志忠两位老师，与广大网友就此次发现进行交流。欢迎大家踊跃提问。

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访谈地址：http://talk.sciencenet.cn/?id=52

另，3月15日邢志忠老师有报告：大亚湾实验结果的唯象学后果。详情请看：报告题目：大亚湾实验结果的唯象学后果

附：相关资料

1、邢志忠老师的博文：大亚湾实验取得重要突破，温情献礼三八妇女节

2、曹俊老师的博文：大亚湾中微子实验结果的简单解释

3、大亚湾实验官方网页：http://www.ihep.cas.cn/zt/zt_DYB_N/

4、高能所关于此次实验结果的详细说明（英文，62页pdf文件）：Observation of Electron Anti-neutrino Disappearance at Daya Bay

5、实验合作组的论文（英文）：Observation of electron-antineutrino disappearance at Daya Bay。200多个作者啊~再次验证了高能物理实验的那个啥~

6、邢志忠老师的论文（英文）：Implications of the Daya Bay observation of θ_{13} on the leptonic flavor mixing structure and CP violation。邢氏快刀手果然名不虚传，当天就贴出大作！（实际上文章肯定早就开始写了）。迄今为止，该文已有引用，还是挺火。

问题	回答：邢志忠	回答：曹俊
什么是中微子震荡，中微子震荡是怎么产生的？	邢志忠：一种量子相干效应。满足了量子相干条件就可以产生。	曹俊：中微子存在振荡现象，即中微子在飞行过程中，会从一种中微子变成另一种中微子（然后再变回来）。  如果中微子有质量，中微子之间存在混合，就会出现振荡现象
对邢志忠： 老师您好，我是门外汉了，可不可以简单介绍一下中微子震荡市怎么回事？	邢志忠：是一种量子相干现象，一种类型的中微子传播一段距离之后会转化成别的类型。
对曹俊： 为什么说“三种中微子振荡分类方式”是错误的分类方式？	邢志忠：中微子振荡是neutrino  flavor oscillations，一种flavor  转化成另外的flavor状态。没有所说的第一种、第二种、第三种。这样说是科普的目的，在科学上是不对的。	曹俊：也不算错吧，只是科学上不够准确。如果追求准确的话，大部分人都听不懂了。照邢老师看，我们的发现最好叫“我们发现了中微子混合矩阵最右上角的元素不为零！”
邢志忠老师在曹俊老师的博文中留言“我特别不喜欢‘中微子的第三种振荡模式’，这是很具中国特色的表述，非常不准确。”，刑老师能否解释一下您这样说的原因？曹老师对此有何看法？	邢志忠：我和曹老师沟通过，这是一种面对大众的科普“傻瓜版”的说法，在科学上是不准确的。我们不这样分类。	曹俊：  我完全同意志忠的看法。我们论文题目没有叫“大亚湾发现非零的中微子混合角theta13”，而是叫了更基于观测事实的“大亚湾发现电子反中微子消失”，  就是因为theta13是一个参数化的东西，依赖于模型。而且很难精确定义是哪种振荡模式。叫“第三种振荡模式”更简洁清楚，但丧失了科学上准确性。在科  技论文中我们从来不这么叫。
对曹俊： 有这方面的理论能证明为什么是这三个混合角么？	邢志忠：有，但是需要一定的假设。我们还没有真正的理论。	曹俊：“这三个混合角”是指theta12,13,23吗？这是一个参数化方法，可以有别的方法。只不过这种分法（PMNS矩阵）实验上最好用，用明确的意义。
我想问一下在标准模型中,中微子振荡现在是个纯粹的唯象结果还是理论的一部分?	邢志忠：在标准模型中中微子质量为零，不会振荡。超出模型，目前我们没有像样的理论，只能唯象描述中微子振荡。	曹俊：标准模型中没有中微子振荡吧？  1）中微子振荡是实验证据。 2）为了解释中微子振荡，模准模型必须要修改，加入质量项。  3）中微子有了质量、有了味混合后，通过量子力学（而不是标准模型），就会有振荡现象。
电子型、mu子型和tau子型中微子之间会振荡。那么电子、mu子和tau子本身有没有可能发生振荡呢？	邢志忠：现实上不可能，因为它们不太可能构成量子相干态。	曹俊：问邢老师
1、中微子为什么会震荡？是外界影响还是与生俱来？ 2、为什么电子中微子会变成μ中微子，而电子不会变成μ子？  3、中微子的振荡是否可能是1-2-3-1-2-3-这样变呢？	邢志忠：1）当它们满足量子相干条件时，可以振荡；否则不行。  2）因为后者在可行的实验条件下无法形成量子相干态，所以不能振荡。 3）不是，那种说法是错误的。	曹俊：请邢老师答。
对曹俊：  根据本实验的结果，原来教科书上所写的“中微子只有左旋，而反中微子只有右旋”的结论是否要改写了？这对于粒子模型会造成多大范围的修改？	邢志忠：在标准模型之内这样说没问题。	曹俊：这个邢老师是大专家了
如果中微子有质量，是不是意味着左右旋中微子都存在？	邢志忠：对。	曹俊：问邢老师。  应该是。
中微子有质量么？中微子是否必须通过相互作用才能观察到？	邢志忠：有质量，所以才能振荡。所有微观测量，都必须通过相互作用来实现。	曹俊：中微子有质量。按现在的理解，中微子必须发生相互作用才能观察到，因为观测手段不外乎电、光、声、热之类的。
三种中微子有什么不同？	邢志忠：它们参与如相互作用的过程和强度都不同。比如太阳核聚变只产生电子型中微子，反应堆只产生反电子中微子。	曹俊：三种中微子可以按质量分，也可以按味道划分。如果按质量划的分，那就是质量不同，按味道划分的话，那就是味道不同。  ^_^
中微子只存在于量子理论中，它如何具有质量？	邢志忠：质量起源问题，我们还不清楚。这是粒子物理学的最大问题之一。	曹俊：我觉得中微子存在我们生活中，每天都会有亿万中微子穿过我，每天都会有几千个中微子在我们的探测器中被探测到。

问题	回答：邢志忠	回答：曹俊
这次观测的结果对物理理论最直接的影响是什么？	邢志忠：暂时还不好说。	曹俊：问邢吧，他是理论家
对邢志忠： 中微子的第三种震荡模式的发现将对核物理的研究产生什么样的影响？	邢志忠：不要说第三种振荡模式，这是不对的。目前看对核物理没有直接影响。	曹俊：对不起，没有考虑过。
这次大亚湾实验发现新的中微子震荡，对物理学研究有什么重大意义？	邢志忠：我们确定了28个基本物理学常数中的一个，很好玩呀。	曹俊：问题太大。你应该来听邢老师明天的报告。 1）使我们对中微子的基本特性有了更深入的了解 2）有了它，就可以设计下一步实验，研究CP破坏，破解宇宙中反物质消失之迷。 3）对中微子的很多其它研究都有影响。我知道现在有很多其它实验已开始讨论对他们的影响。比如测量质量等级，测量Majorana中微子 4)……
中微子的速度受什么影响？在不同介质中有什么样的变化？	邢志忠：几乎不受影响，因为中微子与物质的相互作用很弱。	曹俊：速度受能量和质量影响吧，如果没有超光速现象的话。^_^ 它不象光一样受介质影响
对邢志忠： 中微子二分量理论不成立了，是吧？	邢志忠：严格说是这样，但是在大多数的弱过程中，它依然是很好的近似。主要原因是中微子质量太轻了，经常可以忽略不计。
那就是说，beta-衰变发射反中微子，也有很小的概率发射中微子是吗？	邢志忠：在弱相互作用层面，不会。在传播层面，即质量态的情况下，Majorana中微子就是它自身的反粒子，这时说不清正反。	曹俊：对这种问题我反应很慢，邢大侠是信手拈来。 我觉得与什么是反中微子有关，如果是Majorana中微子就是，是Dirac中微子就不是。现在还在做实验验证。
对邢志忠： 请问这个中微子是自然界本来就存在而未发现的还是经过什么转变而产生的新物质？	邢志忠：产生的。大爆炸残留的中微子如今都成宇宙背景了，速度也远低于光速。	曹俊：宇宙大爆炸第一秒钟就产生了无数的中微子。 通过与物质相互作用（虽然极其微弱），它随时都在产生、消失。
对邢志忠： 请教两位老师：该发现对于弱电统一模型而言，中微子的质量项需要重新考虑，而这种考虑的修正意义如何？另外右手型中微子的可能存在形式也想向两位老师请教。	邢志忠：好在标准模型的主要框架和结果都不需要修正。	曹俊：我不懂，请教邢老师
从传播和震荡方式看,中微子的震荡,会形成"驻波"吗?	邢志忠：不会吧，振荡会衰减的。	曹俊：Sorry... 你问问邢老师，看看他老人家说什么..
对曹俊： 曹俊老师说，“可以确定只存在三种中微子（不考虑特殊情况）” 难道考虑特殊情况（什么样的特殊情况）的话还存在其它种类的中微子？ 三代夸克、三代轻子、三代中微子不是现在的标准模型吗？		曹俊：现在有不少人说有惰性中微子。邢老师提出的Seesaw机制，说存在极重的中微子，跟我们一般意义下的中微子形成翘翘板……这些中微子都不在三种之列。
对邢志忠： 右旋中微子就是反中微子吗？	邢志忠：大致可以这么说。
对邢志忠： 借用广博研究的思维方式,希望了解中微子震荡,体现的是,相速度,还是群速度,或是其它.	邢志忠：传播和振荡不同。
对曹俊： 这个实验能否对中微子类型给出限定，是否还有存在第四种中微子的可能性？	邢志忠：不能。也许会存在，但是一定与已知的中微子很不同。	曹俊：有可能会去研究，但不是现在。
对邢志忠： 不懂的问，中微子是暗物质吗？中微子是如何被观测到的？	邢志忠：算暗物质，热暗物质。需要通过它们与物质的相互作用来测量。	曹俊：中微子不是通常意义下的暗物质，这个邢老师很清楚，我不清楚。 我们看到的反应堆中微子会与质子作用，产生一个正电子和一个中子。我们看的是正电子和中子。
中微子与现在热炒的暗物质概念有什么不同？	邢志忠：中微子是宇宙的热暗物质。现在大家主要关心冷暗物质，是全新的粒子。	曹俊：请教邢老师。 中微子不能聚成团，来解释发现的星系转速问题。
对曹俊： 左右旋中微子都存在，那么beta衰变宇称到底守恒不守恒? 怎么解释？	邢志忠：中微子在参与弱相互作用时，还主要是左手的。因为它的质量太小，几乎不影响原来的螺旋度实验的结论。	曹俊：beta衰变宇称不守恒不需要讨论，这是实验现象。 原来认为是最大破坏。现在看来可能偏离最大破坏一点点……
对邢志忠： 请问三种中微子与三种“电子”之间的对应关系可能告诉我们什么？	邢志忠：分别组成三个家庭，可以互相来往（混合），但是不可以乱来。
对曹俊： 这种中微子振荡是否与中微子的“共振态”有关	邢志忠：中微子没有共振态。	曹俊：不清楚什么是中微子的共振态
每个活人都会发射中微子啊，人体内的放射性同位素每天都会发出约3.4亿个中微子，人体发出的中微子也具有超高的速度吗？人体发出的中微子会运动多远，最终的目的地可能是哪？	邢志忠：是的，也接近光速。它们飞到空间，加入弥散的中微子背景。	曹俊：甭管它从哪里发出来的，发出来后性质都一样。
自由粒子的质量为何与能量有关？	邢志忠：质量就是粒子静止时的能量	曹俊：看不懂
新发现的中微子质量有多大？全宇宙估计有多少？总质量是否大到能使宇宙从大爆炸后的膨胀状态，变成收缩状态？	邢志忠：我们没有新发现中微子，只是测量了一个混合量。宇宙背景中微子的数密度是336个/每立方厘米。	曹俊：我们发现了一种新的振荡，而不是一种新的中微子。

问题	回答：邢志忠	回答：曹俊
对曹俊： 以前测量太阳中微子的时候是否测到过增加？		曹俊：加拿大SNO实验同时测了三种反应道，发现太阳中微子（本来是电子中微子），电子中微子总数减少了，但三种中微子之和没有变。间接看到了muon和tau中微子的出现。
对曹俊：  你们在反应堆边上设置探测器，在几公里之外再设置探测器，结果远处测量到的中微子少了一点，解释为振荡。如果再远一点测量，应该有增加的现象，是否测到过增加？		曹俊：应该会略有增加。中微子有一个能量分布，几个振荡周期后就会变成平均值。实际上我们将来可以通过大统计量数据去看不同能量的中微子振荡几率，用L/E画出来，可以看到完整的周期。KamLAND对theta12画过L/E，很漂亮。
所以，你们这个实验设计本身存在漏洞，你只能通过数据分析来排除距离引起减少，这很难令人信服，因为误差本来就很大。	邢志忠：不会，2公里和60公里差别很大，误差可以忽略，所有这些细节都考虑了，请放心。	曹俊：你相信我们可以测距离吗？你在公路上看到“距北京100公里”，你会怀疑真实距离是1000公里吗？如果不怀疑的话，我们对距离测量的要求精度不高，30厘米以下看不见效率，10米以下不改变结论。我们的测量精度是28mm。
对曹俊： 我很担心，你们测量到的减少，是距离引起的减少。如果能测到增加，那就非常不同了。		曹俊：说得不错。虽然不太可能，我们内部也讨论过。在http://www.ihep.cas.cn/zt/zt_DYB_N/  你可以找到王贻芳的报告，中间有一张讲测量。我们的距离测量到28毫米误差，而且与设计坐标吻合，后来又验证了一次。  另外，我们文章中的图5，放的是能谱变形。距离不会使能谱变形，只是整体下移。
对曹俊：  曹教授在博文中说：“中微子在飞行过程中，会从一种中微子变成另一种中微子（然后再变回来）。”请问哪个实验室观测到这种“再变回来”？		曹俊：例如：KamLAND的L/E图，待会儿我贴一张在我相册里。
2012-3-11 10:43我在您的博客中留言： 希望在15号的报告中听的对以下语句的更详细的解说——  “通过EH1和EH2的数据，可以预言没有振荡的情况下，远点应该看到的中微子数”，但是“在近点实验厅EH1和EH2，已经有了一些振荡效应”，尽管“振荡很小（这里的振荡主要来自较远的反应堆，比如从岭澳反应堆到大亚湾近点EH1的两个探测器距离超过1公里）”。  博主回复(2012-3-11 10:45)：15号的报告是邢大侠的，不会讲。建议你问主持人。 现在您可否简单的讲一下？	邢志忠：这是实验问题，请问曹老师。我是理论家，不懂。抱歉！	曹俊：要求讲多少字？
曹俊老师曾经在博文中提过实验用的水纯度非常高。用普通的水会对实验造成怎样的影响？	邢志忠：实验问题请问曹老师。	曹俊：宇宙线的探测效率变低，本底信号去不干净。
对曹俊： theta13振荡对中微子质量给出了什么样的结论？中微子所占宇宙质量的比例有多少？	邢志忠：没有。中微子目前对宇宙总能量密度的贡献将近1%。	曹俊：theta13对质量没有直接影响。也许有间接的。
对邢志忠： 邢老师，中微子目前对宇宙总能量密度的贡献将近1%。 这是WMAP的结果吗？	邢志忠：可以这么说。
对邢志忠： 请问两位老师，日本、美国、法国去年没有测出第三种振荡几率，主要问题在哪里？	邢志忠：不要再说第三种振荡，这是不对的。他们的实验不如我们的好，另外日本恰好赶上了大地震，否则大亚湾可能就晚一步了。	曹俊：虽然我们发现theta13比预期大得多，但与其它两个角比，还是很小的，需要实验很精确。它们的精度不够，只能雾里看花。大亚湾对他们来说是航空母舰。
对曹俊： 大亚湾中微子实验下一步打算做什么？据说为了抢在竞争对手之前，实验成果分为两步进行发布。		曹俊：对。下一步测得更准、更可靠
大亚湾这次的arxiv，只说了测量了不同位置的电子中微子的方法，没说tau子中微子怎么测。也就是说，假设丢失的电子中微子全部转化为tau子中微子吗？不用考虑电子中微子转化为mu子中微子的情况吗？请问这是为什么？	邢志忠：电子型反中微子可能转化成了mu或tau型反中微子，但是我们的探测器侧量不到，因为测量需要带电流相互作用，反应堆的中微子能量太低，打不出mu或tau子。	曹俊：测不到tau中微子，能量阈值不够。  迄今为止，似乎只有T2K看到了4.5个中微子的出现，其它都是消失。
对邢志忠： 大亚湾实验用以观测中微子的仪器是什么原理？	邢志忠：反beta衰变，带电流相互作用。	曹俊：反应堆中微子会与质子作用，产生一个正电子和一个中子。我们用的是液体闪烁体探测器，我们看的是正电子和中子，它们在里面会发光，光电倍增管用来看光。
既然电子型反中微子消失，可能变成了mu子反中微子，也可能变成tau子反中微子。那么我猜最后要得出theta(13)，就得先知道theta(12)的精确数值对吗？如果不知道theta(12)，单从这次实验无法计算theta(13)吧？	邢志忠：不需要，因为在不同的距离，振荡主导项不同。大亚湾实验设计成恰好对theta(13)敏感。如果基线长度变成60公里，就会对theta(12)敏感。	曹俊：说得对。我们设计实验、最后分析数据的时候，都用到了已有的振荡参数，如theta12，Delta  m^2_32, Delta m^2_21
对曹俊： 为什么只存在这三种震荡，？ 另外为什么大亚湾发现的震荡那么晚？	邢志忠：不能说三种振荡，这个说法不准确。大亚湾对最小混合角敏感，越小的量越难测。	曹俊：只存在三种振荡不是一个精确的表述。按现在的理解，只存在三个混合角。theta12与theta23都很大，因此容易看到振荡信号。theta13比他们小，从振荡振幅来说，小10倍，因此需要精确的实验。
链接中的中微子强度扣除背景了吗	邢志忠：这个要问曹老师	曹俊：哪个链接？如果是我博文中的图的话，那扣了。我们文章中的图都扣了。但背景很少。可以通过统计精确计算的偶然符合本底占1－5%。其它不确定度大点的本底小于1%。
这个实验使用中子-质子探测中微子吗，平均选中事件的剩余能量多大？	邢志忠：实验问题请问曹老师，谢谢！	曹俊：反应堆中微子会与质子作用，产生一个正电子和一个中子。我们用的是液体闪烁体探测器，我们看的是正电子和中子，它们在里面会发光。  中微子能量＝正电子动能+1.022MeV。平均中微子能量4MeV
对邢志忠：  三种中微子振荡，theta12振荡、theta23振荡和theta13振荡，已经全部被观察证明到，接下来世界在这方面的实验将聚焦于何处？	邢志忠：这种分类是错误的。不要相信。	曹俊：CP破坏，质量等级，精确测量

问题	回答：邢志忠	回答：曹俊
在可预见的未来，中微子的相互作用和反应截面能被改变并受控制么？如果能实现前面的假设，那么是不是能制造出毁灭性的武器？	邢志忠：原则上如果你能产生足够高能量的中微子束流，你就可以用它引爆核武器。前些年有日本人研究过。	曹俊：物理规律不受人控制
对邢志忠：  问一个比较编为外的问题,我们目前普遍关注基本粒子的物质属性和能量属性,是否还需要关注一下其信息属性.再广泛一些----暗物质\暗能量中蕴涵的"暗信息"	邢志忠：呵呵，当然。
我有个建议，这种新闻最好不要带诺贝尔奖的字眼。有重大的发现，应该强调的是其有何创新？为何重大？有何意义？而不是动不动就要获得什么奖项，这违背了科研本身务实的精神。	邢志忠：我完全同意。	曹俊：我们一直在躲，但总也躲不掉。
对曹俊： 为什么说这次实验成果是“首次来自中国的对物理科学的实质性贡献”，难道之前没有其他的实质性贡献么？	邢志忠：表述的问题。	曹俊：  首先这是少数人说的，一般不会这么找着去得罪人。这次结果很重要，具有很大的国际影响力，是因为很多人，很多实验都在等着我们的结果。去年北京诺贝尔高峰  论坛时，我追问Carlo Rubia西欧中心一项中微子探测技术的研发进展，他就说现在做的人很少，至于要不要做，要等大亚湾的结果。
对邢志忠： 你用了"腻歪"一词，是相当于父体与母体结合产生子体的意思吗?	邢志忠：开玩笑，就是相互作用。
对曹俊： 新浪网友@叉小叉腾飞了  提问：请问两位老师，这次大亚湾中微子实验的主要负责人是谁？如果提名诺贝尔奖会是哪些个人？希望不要再出现当初发现结晶牛胰岛素时，因为无法提名个人只提名团体而无法获奖的情况。	邢志忠：王贻芳与陆锦标是合作组发言人。	曹俊：您放心，不会得奖。
对邢志忠： 光速可能被超越吗？两位嘉宾的持什么样的看法？物理学界主流的看法？	邢志忠：我不知道，应该很难。
可变系时空多线矢主人对邢志忠： 其实，没有理由，因为中微子分别与电子、μ轻子、τ轻子同时出现，就认定它们是不同类型的。  中微子可能就都是惟一的一种，但是，与不同的其它基本粒子结合就形成不同的基本粒子，这各种基本粒子间的相互作用，而产生的，某些基本粒子同时出现的转变、变化，也并不是不同类型中微子的振荡。	邢志忠：不，我们有充足的实验表明有三种类型的中微子，否则宇宙演化都要不一样。
有没有一些被很多实验支持的超光速现象，能举例讲讲吗？	邢志忠：真空中没有。	曹俊：与主题无关
对曹俊： 因为大亚湾事情特撰文讨论诺奖事情 感谢曹俊老师在我博客的留言评论 虽然我不是量子物理方面的一员 但深知成果来之不易  如果做好后续的论文和成果评定（特别是和合作方的）将是关键		曹俊：我们不需要
对曹俊： 新浪网友@CHENGQI_CNIC 提问：此结果需要多长时间才能得到科学界的最终认可？	邢志忠：论文正式发表就算，一个月左右吧。	曹俊：谁代表科学界？他们能代表吗？  http://www.ihep.cas.cn/zt/zt_DYB_N/zhuhe_dyb/
问题好多，而且有些问题很大，有些问题很乱，有些问题很奇怪。邢老师和曹老师有的忙了。	邢志忠：是的	曹俊：你来帮点忙！

PS：最后一条是我问的，话说这个有点捣乱性质的问题成功的抢到了邢老师的沙发。

BTW：

1L中 5 处实验组的论文已经有9次引用。
6处邢老师的论文也有了3次引用，包括一次自引。

很科普了，分享了