地下700米捕捉“幽灵粒子” 我国开启中微子研究新篇章

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。

图为位于水池内（尚未灌水）的中心探测器（外部图）。（中国科学院高能物理研究所供图）

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，就连探测也十分不易。

直到1956年，人类才首次在核反应堆捕捉到中微子的踪迹。从那时起，中微子就成为物理学研究的重要课题，但仍有诸多未解之谜。

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。

图为中心探测器内部的有机玻璃球及光电倍增管。（中国科学院高能物理研究所供图）

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和超高精度的中微子专用大科学装置，将使我们能够回答关于物质和宇宙本质的基本问题。”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。（记者胡喆、马晓澄）