互动科普

一场不明原因的故障使得世界一流的可检测来自宇宙的中微子和质子衰变等现象的大型宇宙射线观测装置——超级神冈核子衰变实验探测器成了“瞎子”。

摄下了日本东京大学超级神冈探测器内部的华丽悦目的超广角镜头照片使不计其数的杂志顿添光彩。从照片上可看到一排排可感知光线的测定器——光电倍增管，它们像一个个巨大的闪闪发亮的水晶眼球，其庞大阵容使照片上的任何人都相形见绌而倍感渺小。在5年时间里，这些“眼球”一直在探寻着来自宇宙的、十分罕见的中微子。这方面的科研成果，一再成为各媒体争相报道的头条要闻。然而，2001年11月12日，一场灾难性的事故（似乎是排列整齐的光电管发生了一连串的内向爆炸）使得11000只光电管中的7000只化成了一堆碎片。

至今无人知晓这场事故是由什么原因引起的。该超级神冈实验装置自1996年开始运行以来，这是第一次为保养和替换数百只光电管而腾空水槽中的5万吨超纯水。在重新灌水的过程中，当水加到探测器容量的80%左右时，光电倍增管发生内向爆炸的可怕响声轰隆地传了出来。“当时的情形就像是我脚下的神冈矿在发生着一连串的爆炸。”东京大学的中畑雅行回忆说，他当时正在神冈探测器顶上的控制室里。

超级神冈探测器的光电倍增管很像一个个蘑菇灯泡，其大小类似于大型计算机的显示器，是一些直径为50cm的真空玻璃球。事故的过程大概是一只光电管先发生了爆炸，涌入的水产生了强大的向四周扩散的冲击波，击碎了附近的其他光电管，于是一只只管子接连爆炸，使得涌来的水骤增，碎片飞散，而灾难也更趋严重。目前，研究人员正在研究新的安装光电管的方法，以防止发生类似的连锁反应。

神冈宇宙粒子观测室主任户塚洋认为，恢复超级神冈探测器的运行，或许最快也要一年时间。然而，修复该探测器则是一件庞大的工作，而且其完全恢复需花费很多年时间，因为目前能够用来替换的光电管只有大约l500只，而且这些每只价值3000美元的光电管早在4年前就停止了生产。由于该探测装置的研究焦点已在I999年有所改变，使得有些项目被砍掉了。设计超级神冈探测器的目的是将其用于研究太阳和宇宙射线等自然产生的中微子。到l998年时，该探测设施已搜集到关于中微子振荡的确凿的基本证据——一种亚种中微子变体(“味”)变成了另一种。

从l999年起，超级神冈核子衰变实验探测器一直在探测人造中微子脉冲，它们是从日本筑波高能加速器研究机构(KEK)的粒子加速器从地下穿过250千米发射过来的。虽然对于超级神冈探测器来说要发现足够的太阳中微子，就得将1．1万只光电管全部动用起来，但这样就超过了K2K（“从KEK到神冈”)实验的最低要求。从KEK发射来的波束带有能量更高的中微子，即使用幸存的神冈探测器中剩余的更为稀疏的光电管也很容易探测到。虽然宇宙射线实验也能恢复，但其效率却今不如昔。

K2K研究的继续是必不可少的，因为中微子的性质暗示，物理学理论上会有新的突破。在为时两年半的运行过程中，超级神冈探测器探测到了56个K2K中微子，而在不发生振荡的情况下预计应探测到81个。因此，实验表明，在到神冈的路途中，有近1.3的中微子变成了神冈探测器无法探测到的一种“味”(状态)。K2K实验计划进行到2005年初，而世界上其它地方相当于K2K的实验则要到那时才能开始进行。

在K2K实验之后，计划还将进行JHF-神冈实验，它将从位于日本东海村的一台在建的新的加速器穿越300千米的距离发射一股中微子束，其强度至少是K2K实验的10倍。为了进行该实验，目前正在研制几台最先进的粒子探测器，作为超级神冈探测器恢复工作的一部分，这一过程有可能加快。该实验还有可能是超级神冈探测器最后的一项，因为雄心勃勃的长远计划要求建造超级神冈核子衰变实验探测装置，它所容纳的高纯水将达100万吨，是目前容量的20倍。

重新建模的时机

l    2001年10月，设在美国伊利诺斯州费米实验室的研究人员宣布，Tovatron加速器所产生的中微子和反中微子与原子核之间的相互作用似乎略强于理论预测。虽然这一结果或许只是统计上的一个偏差，但如果证明属实，它就有可能预示：存在着一种极细微的新的粒子力，它是现有高能粒子物理学标准模型所未曾预料到的。

l    2001年2月，美国能源部布鲁克海文国家实验室的研究人员宣布，根据对μ（缪）子中微子(与电子和中微子密切相关)的超精确测量结果。他们发现了一个关于后标准模型物理学的类似迹象。然而。此后理论家们发现，上述偏差多半起因于计算机程序中的一个错误——它给理论计算的一项错加了一个负号。

【郑小石／译 李爱珺／校】