
【导语】在广东江门地下700米深处,一个直径超35米的有机玻璃球正捕捉宇宙中的“幽灵粒子”——中微子。8月26日,江门中微子实验(JUNO)正式运行取数,标志着我国在中微子研究领域迈出重要一步。该实验旨在解决中微子质量排序这一粒子物理学领域的重大问题,并将以高精度测量中微子振荡参数,涉足超新星、地球和太阳中微子等研究。作为国际首个超大规模、超高精度的中微子专用科学装置,江门中微子实验由中科院高能物理研究所牵头,汇聚全球约700名研究人员,共同探索物质和宇宙的本质。

地下700米,广东江门的一处静谧山体深处,一个直径超35米的有机玻璃球正静静捕捉来自宇宙的“幽灵粒子”——中微子。
8月26日,江门中微子实验(JUNO)正式运行取数。这座历时十余年建设的重大科学设施,将着手解决粒子物理学领域未来十年内的重大问题之一:中微子质量排序。
中微子是构成物质世界的基本粒子之一,也是宇宙中最古老、数量最多的粒子,从宇宙大爆炸起就弥散在宇宙中,无处不在却又“神出鬼没”,几乎不与任何物质发生反应,导致人们不仅看不到,就连探测(cè)也(yě)十(shí)分(fēn)不(bù)易(yì)。
直(zhí)到(dào)1956年(nián),人(rén)类(lèi)才(cái)首(shǒu)次(cì)在(zài)核(hé)反(fǎn)应(yīng)堆(duī)捕(bǔ)捉(zhuō)到(dào)中(zhōng)微(wēi)子(zi)的(de)踪(zōng)迹(jī)。从(cóng)那(nà)时(shí)起(qǐ),中(zhōng)微(wēi)子(zi)就(jiù)成(chéng)为(wèi)物(wù)理(lǐ)学(xué)研(yán)究(jiū)的(de)重(zhòng)要(yào)课(kè)题(tí),但(dàn)仍(réng)有(yǒu)诸多未解之谜。
中微子就像宇宙留给人类的一道谜题。早在2003年,我国便论证设计了第一代中微子实验装置——大亚湾中微子实验。
如今,江门中微子实验接过了接力棒。它不仅要解答中微子质量排序问题,还将以更高精度测量中微子振荡参数,并涉足超新星、地球中微子、太阳中微子等研究。
江门中微子实验的探测器核心是一个装载2万吨液体闪烁体的有机玻璃球,外壁镶嵌着数万只光电倍增管,一旦有中微子与之发生反应,就会发出微弱的光信号——这些信号将被放大、记录、分析,如同在深海中倾听宇宙的低语。
建设如此高精度的探测器,每一步都是挑战。江门中微子实验总工程师马骁妍介绍,项目团队在45天内完成6万多吨超纯水的灌注,将内外有机玻璃球的液位差控制到厘米量级,流量偏差不超过0.5%,有力保障了探测器主体结构的安全稳定。
“这是国际上首次运行这样一个超大规模(mó)和(hé)超(chāo)高(gāo)精(jīng)度(dù)的(de)中(zhōng)微(wēi)子(zi)专(zhuān)用(yòng)大(dà)科(kē)学(xué)装(zhuāng)置(zhì),将(jiāng)使(shǐ)我(wǒ)们(men)能(néng)够(gòu)回(huí)答(dá)关于(yú)物(wù)质(zhì)和(hé)宇(yǔ)宙(zhòu)本(běn)质(zhì)的(de)基(jī)本(běn)问题。”中国科学院院士、江门中微子实验首席科学家王贻芳说。
江门中微子实验由中国科学院高能物理研究所牵头,合作组包括来自17个国家和地区的约700名研究人员。从看不见摸不着的“幽灵粒子”,到一步步揭开神秘面纱,江门中微子实验是通向未知宇宙的一扇新窗口。
按计划,江门中微子实验设计使用寿命可达30年,后期可升级改造为无中微子双贝塔衰变实验,将探测中微子绝对质量,检验中微子是否为马约拉纳粒子,从而解决粒子物理、天体物理和宇宙学的前沿交叉热点难题。