地下700米，廣東江門的一處?kù)o謐山體深處，一個(gè)直徑超35米的有機(jī)玻璃球正靜靜捕捉來自宇宙的“幽靈粒子”——中微子。

8月26日，江門中微子實(shí)驗(yàn)（JUNO）正式運(yùn)行取數(shù)。這座歷時(shí)十余年建設(shè)的重大科學(xué)設(shè)施，將著手解決粒子物理學(xué)領(lǐng)域未來十年內(nèi)的重大問題之一：中微子質(zhì)量排序。

圖為位于水池內(nèi)（尚未灌水）的中心探測(cè)器（外部圖）。（中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所供圖）

中微子是構(gòu)成物質(zhì)世界的基本粒子之一，也是宇宙中最古老、數(shù)量最多的粒子，從宇宙大爆炸起就彌散在宇宙中，無處不在卻又“神出鬼沒”，幾乎不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致人們不僅看不到，就連探測(cè)也十分不易。

直到1956年，人類才首次在核反應(yīng)堆捕捉到中微子的蹤跡。從那時(shí)起，中微子就成為物理學(xué)研究的重要課題，但仍有諸多未解之謎。

中微子就像宇宙留給人類的一道謎題。早在2003年，我國(guó)便論證設(shè)計(jì)了第一代中微子實(shí)驗(yàn)裝置——大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)。

如今，江門中微子實(shí)驗(yàn)接過了接力棒。它不僅要解答中微子質(zhì)量排序問題，還將以更高精度測(cè)量中微子振蕩參數(shù)，并涉足超新星、地球中微子、太陽中微子等研究。

圖為中心探測(cè)器內(nèi)部的有機(jī)玻璃球及光電倍增管。（中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所供圖）

江門中微子實(shí)驗(yàn)的探測(cè)器核心是一個(gè)裝載2萬噸液體閃爍體的有機(jī)玻璃球，外壁鑲嵌著數(shù)萬只光電倍增管，一旦有中微子與之發(fā)生反應(yīng)，就會(huì)發(fā)出微弱的光信號(hào)——這些信號(hào)將被放大、記錄、分析，如同在深海中傾聽宇宙的低語。

建設(shè)如此高精度的探測(cè)器，每一步都是挑戰(zhàn)。江門中微子實(shí)驗(yàn)總工程師馬驍妍介紹，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在45天內(nèi)完成6萬多噸超純水的灌注，將內(nèi)外有機(jī)玻璃球的液位差控制到厘米量級(jí)，流量偏差不超過0.5%，有力保障了探測(cè)器主體結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。

“這是國(guó)際上首次運(yùn)行這樣一個(gè)超大規(guī)模和超高精度的中微子專用大科學(xué)裝置，將使我們能夠回答關(guān)于物質(zhì)和宇宙本質(zhì)的基本問題。”中國(guó)科學(xué)院院士、江門中微子實(shí)驗(yàn)首席科學(xué)家王貽芳說。

江門中微子實(shí)驗(yàn)由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所牽頭，合作組包括來自17個(gè)國(guó)家和地區(qū)的約700名研究人員。從看不見摸不著的“幽靈粒子”，到一步步揭開神秘面紗，江門中微子實(shí)驗(yàn)是通向未知宇宙的一扇新窗口。

按計(jì)劃，江門中微子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)使用壽命可達(dá)30年，后期可升級(jí)改造為無中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)，將探測(cè)中微子絕對(duì)質(zhì)量，檢驗(yàn)中微子是否為馬約拉納粒子，從而解決粒子物理、天體物理和宇宙學(xué)的前沿交叉熱點(diǎn)難題。

關(guān)鍵詞：