大亞灣反應(yīng)堆的中微子實(shí)驗(yàn)探測(cè)成果對(duì)粒子物理研究作出巨大貢獻(xiàn)，提升了我國在物理學(xué)基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域的的國際影響力。

中微子與帶電輕子、夸克一同被稱為是構(gòu)成物質(zhì)世界最基本的粒子。中微子的質(zhì)量小于電子的百萬分之一，以接近光速運(yùn)動(dòng)，具有極強(qiáng)的穿透力，可以輕松穿過地球直徑那么厚的物質(zhì)，因此人們叫它“閃電俠”；中微子只參與非常微弱的弱相互作用，在億萬個(gè)中微子中只有個(gè)別會(huì)與物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，要檢測(cè)到它十分困難，因此人們又叫它“獨(dú)行俠”。中微子有大量謎團(tuán)尚未解開，包括它的質(zhì)量大小和起源、磁矩、CP破壞等。宇宙中充斥著大量的中微子，大約每立方厘米300個(gè)，而且在大多數(shù)粒子物理和核物理過程中都伴隨產(chǎn)生中微子，例如在核裂變、核聚變、β衰變中都有它的身影。

中微子在飛行過程中，從一種類型轉(zhuǎn)變成另一種類型的現(xiàn)象叫做中微子振蕩，科學(xué)家用三個(gè)混合角來描述三種中微子相互轉(zhuǎn)化時(shí)的振蕩幅度，分別是θ₁₂、θ₂₃、θ₁₃。

1998年超級(jí)神岡實(shí)驗(yàn)和2001年SNO實(shí)驗(yàn)先后測(cè)出混合角θ₁₂、θ₂₃的大小，證實(shí)了中微子有質(zhì)量，并因此獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。然而，振蕩混合角為θ₁₃的第三種卻遲遲沒有被發(fā)現(xiàn)，直到2012年大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)才首次公布了對(duì)θ₁₃的精確測(cè)量結(jié)果?！斑@是物理學(xué)上具有重要基礎(chǔ)意義的一項(xiàng)重大成就”，李政道如是評(píng)價(jià)大亞灣實(shí)驗(yàn)。

大亞灣實(shí)驗(yàn)的科學(xué)意義在于θ₁₃值的確定，使科學(xué)界得以更深入了解中微子的基本特性，預(yù)示著中微子的全部奧秘有望在不遠(yuǎn)的將來被徹底解開。負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)的首席科學(xué)家王貽芳表示：“基礎(chǔ)研究的主要目的是為了認(rèn)識(shí)世界，此次實(shí)驗(yàn)的成功標(biāo)志著我們對(duì)自然界的發(fā)現(xiàn)又邁出了新的一步。”同時(shí)，大亞灣實(shí)驗(yàn)在高精度大型探測(cè)器加工工藝到特殊材料，以及從化學(xué)化工到高速讀出電子學(xué)，提升了我國在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)水平，培養(yǎng)了一批具有國際水準(zhǔn)的青年科研人員，為我國基礎(chǔ)物理研究打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2003年前后，來自不同國家的科學(xué)家們共提出8個(gè)可能測(cè)出θ₁₃的實(shí)驗(yàn)方案，其中包括大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)方案。大亞灣實(shí)驗(yàn)采用遠(yuǎn)近相對(duì)測(cè)量方法，在反應(yīng)堆附近和距反應(yīng)堆2000米左右的地方各放一個(gè)探測(cè)器。這樣能夠部分抵消在探測(cè)效率、靶的有效體積、靶核數(shù)目和能量測(cè)量等方面與探測(cè)器相關(guān)的誤差，所得測(cè)量精度比過去的實(shí)驗(yàn)高出約一個(gè)數(shù)量級(jí)，在8個(gè)國際同類方案中精度是最高的。同時(shí)大亞灣實(shí)驗(yàn)配置了多個(gè)相同的探測(cè)器，可以對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，以降低實(shí)驗(yàn)誤差。

考慮到宇宙射線產(chǎn)生本底、山體覆蓋厚度等影響因素，科學(xué)家們比較了3個(gè)實(shí)驗(yàn)大廳移動(dòng)到不同位置時(shí)測(cè)量θ₁₃的靈敏度，定量計(jì)算了不同位置對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，從而確定實(shí)驗(yàn)設(shè)施的總體布局。大亞灣實(shí)驗(yàn)擁有最大的反應(yīng)堆功率、最合適的遠(yuǎn)點(diǎn)基線、最大的探測(cè)器質(zhì)量以及最深的巖石覆蓋。

液體閃爍體（液閃）是中微子實(shí)驗(yàn)使用的探測(cè)介質(zhì)。釓是一種稀土元素，在液閃中摻釓可以放大關(guān)聯(lián)信號(hào)，提高探測(cè)精度。如何在液閃中摻釓并保持穩(wěn)定性是實(shí)驗(yàn)的瓶頸，因?yàn)榘褵o機(jī)物釓摻到有機(jī)液體中，釓便會(huì)析出。高能所化學(xué)專家張智勇提出可以將釓變成有機(jī)的釓絡(luò)合物，提高釓在有機(jī)閃爍液中的溶解度。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，嘗試多種配伍來生成釓的絡(luò)合物，發(fā)現(xiàn)異壬酸與釓反應(yīng)生成的絡(luò)合物進(jìn)入液閃后的透明度和光產(chǎn)額等都能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求。

當(dāng)時(shí)，美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室也在攻克摻釓液閃穩(wěn)定性的難題，他們對(duì)高能所的配方心存疑慮。在彼此相互交換樣品測(cè)試后，都覺得兩個(gè)試樣均具有一定的可行性。如果摻釓液閃出現(xiàn)問題，整個(gè)實(shí)驗(yàn)都將功虧一簣。中美雙方分別提供樣品，由香港大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開展光學(xué)性能和穩(wěn)定性的測(cè)量。最終，高能所研制的摻釓液閃通過了考核。

實(shí)驗(yàn)所需摻釓液閃要分50個(gè)批次生產(chǎn)，而液閃只能用有機(jī)玻璃和氟塑料盛裝。這種摻釓液閃重復(fù)性非常好，至今大亞灣實(shí)驗(yàn)已運(yùn)行數(shù)年，液閃依然很穩(wěn)定，完全滿足取數(shù)要求。

測(cè)到θ₁₃數(shù)值標(biāo)志中微子物理研究向前邁出了一大步，但中微子世界還有許多未解之謎。目前中微子研究的一個(gè)很重要方向是測(cè)量其質(zhì)量順序。這正是江門中微子實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)，盡管實(shí)驗(yàn)原理相同，但難度大得多。一是要能夠測(cè)到足夠多的中微子，二是要保證測(cè)到的數(shù)據(jù)足夠精確。這就要求在倍增能量精度的同時(shí)還要盡可能地提高光子轉(zhuǎn)化成電子的效率，即所謂的量子效率。

在江門中微子實(shí)驗(yàn)策劃中，設(shè)計(jì)了目前世界上尺寸、規(guī)模最大的中微子探測(cè)器；用于接受光子的光電倍增管將覆蓋全部探測(cè)器。所用光電倍增管是高能所與多家研究院所、企業(yè)研發(fā)的一種新型高量子效率光電倍增管。預(yù)計(jì)2020年投入運(yùn)行取數(shù),大約5年后可以給出中微子質(zhì)量順序的確切答案。該實(shí)驗(yàn)不僅能測(cè)量中微子質(zhì)量順序，還將精確測(cè)量中微子振蕩的6個(gè)基本參數(shù)，以檢測(cè)中微子混合的幺正性，尋找新物理，以期在超新星中微子、地球中微子、太陽中微子、暗物質(zhì)、質(zhì)子衰變等方面作出貢獻(xiàn)。王貽芳表示，還計(jì)劃對(duì)實(shí)驗(yàn)做出進(jìn)一步的升級(jí)改造，以研究中微子是否是自身的反粒子。