CUHK Research

8 中大研與學 中大物理系 朱明中 教授，領導大亞灣實驗香港合作組 （成員包括物理系博士研究生 陳瀟聰 、 陸永康 、 譚耀豪 和 徐建一 ），多年來參與中微子研究，為的是探尋萬物起源。 大爆炸時發生甚麼事？ 朱教授說︰「根據大爆炸理論，一百三十八億年前， 宇宙只有能量，隨着宇宙膨脹，能量慢慢轉化為我們 今天的物質。但按對稱原則，物質和反物質的產生應 該是一一對應的。但今天見到的宇宙絕大部分都是 物質，極少數是反物質，反物質不知何故不見了。 這是宇宙學和粒子物理學的大懸案。」科學家推斷， 宇宙早期的物質比反物質多了一億分之一，憑着這 些微的不對稱，卻造成了恆星、星系，甚至有了生 命和現在的我們。但究竟因何有一億分之一的不 對稱？ 神秘的中微子 中微子是在核反應中產生的不帶電粒子，是最輕 的基本粒子之一。中微子有幾種不同類型，經常 由一種變異成另一種（「振盪」），但穿越空間與物 質時幾乎不發生相互作用。由於質量未明的中微 子大量存在於宇宙中，而它們不甚遵守對稱，例 如 楊振寧 和 李政道 兩位教授於1956年提出的宇 稱不守恆現象（即左右不對稱），因此它們可能是 解開宇宙物質起源謎團的鑰匙。中微子振盪的頻 率與中微子「質量差別」直接相關，而振盪幅度則 是「混合角」。透過觀察及測量「質量差別」與「混 合角」，有助窺探中微子的神秘面目。 大亞灣實驗源起自多年前朱教授與加州大學柏克 萊分校的 陸錦標 教授的一番閒談。核電廠的反應 爐產生大量中微子，大亞灣於是成為研究中微子的 理想基地。2012年，大亞灣合作組發現了一種新 類型的中微子「振盪」，並獲 Science 選為年度十大 科學突破之一。2013年8月22日，合作組又公布最 新成果，揭示中微子的「振盪」現象與其能量變化的 關係，測量出其中一個「質量差別」，並為前一年公 布的「混合角」提供更準確數值，為解開宇宙初期組成 之謎邁進一步。 窮追不捨 朱教授說，現時中微子成為熱門的研究課題，但下一步 還需各國協作︰「在大亞灣只能量度反中微子的振盪。 很多國家都正計劃下一代的實驗，利用加速器製造一些高 能量的中微子，同時製造一些高能量的反中微子，觀測它 們在穿過長距離後的振盪有沒有不同。從而量度出一個與 『物質反物質不對稱』直接相關的參數。透過運算，看看結 果是否能解釋那一億分之一的不對稱。」 追蹤中微子至宇宙起源 朱明中教授（左）與參與 CERN 暑期計劃的中大生郭家希（右）和梁乘宙（中） Prof. Chu Ming-chung (left) and CERN summer interns Kwok Ka-hei Martin (right) and Leung Shing-chau John (centre) from CUHK