江门中微子大科学装置用“中国精度”审视宇宙法则

xinwen.mobi · 发表于 2025-11-21 01:25:43

江门中微子大科学装置用“中国精度”审视宇宙法则
地下700米，一只捕获“幽灵粒子”的“大眼睛”刚刚睁开，就改写了国际中微子研究的历史。

江门开平市金鸡镇，地下700米深处。一只旨在捕捉“幽灵粒子”的“大眼睛”——江门中微子实验（JUNO）装置，在正式运行仅两个月后，就向世界传回了首个好消息。

通过对今年8月26日至11月2日共59天有效数据的分析，中国科学家测量出描述中微子振荡的两个关键参数，精度比此前国际最好记录提高了1.5-1.8倍。

这个结果一举超越了国外同类实验10余年的努力成果。

01 什么是“幽灵粒子”？
在物理学世界里，中微子被称为“幽灵粒子”，它是一种能轻易穿透地球和人体，却几乎不留痕迹的基本粒子。

“可以把它理解为一种‘幽灵粒子’。”中国科学院院士、江门中微子实验项目经理王贻芳解释道，“这种几乎不与物质作用的‘隐身’特性，使中微子成为完美的宇宙信使，携带着关于宇宙诞生与演化的古老信息。”

中微子已知的“味道”有三种——电子型中微子、缪子型中微子和陶子型中微子。它们在宇宙中飞行时，会在三种“味道”之间来回“变身”，这种神秘的转换现象就是“中微子振荡”。

02 太阳中微子偏差的奥秘
在物理学界，一个悬而未决的难题困扰了科学家多年——“太阳中微子偏差”。

这个偏差源于一个矛盾：科学家们通过两种不同方法测量中微子振荡参数时，得到了不一致的结果。

一方面，加拿大萨德伯里中微子观测站（SNO）通过探测来自太阳的中微子，给出了相关参数的估计。另一方面，日本神冈反中微子探测实验（KamLAND）通过探测来自核反应堆的中微子，进行了独立测量。

“我们不知道这种‘不一致’究竟是统计误差导致的，还是其中潜藏了超出人类现有认识的新物理。”王贻芳表示。

03 中国方案的精度突破
江门中微子实验的出现，为破解这一科学谜题带来了希望。

JUNO设计之精巧，堪称科学与工程的奇迹。

其核心探测器是有效质量达2万吨的液体闪烁体探测器，安置在地下实验大厅44米深的水池中央。

直径35.4米的有机玻璃球——目前全球最大的有机玻璃容器，承载着两万吨液体闪烁体。

4.5万只高精度“眼睛”（光电倍增管）共同构建起超高灵敏度的中微子探测系统。

在59天的运行中，JUNO从接收到的每天8000万个信号中，成功识别出2300多个反应堆中微子有效事例。

中国科学院高能物理研究所副所长、合作组物理分析负责人温良剑介绍，合作组成员基于这些数据，精确测量了混合角θ12及其相关质量参数的大小。

测量精度比日本KamLAND实验2013年更新的数据精度高1.5到1.8倍。

04 技术自立与国际合作的交响曲
江门中微子实验的精度飞跃，看似突然，实则是中国中微子研究20余年厚积薄发的必然。

面对日本对20英寸光电倍增管的技术垄断，中国团队从2009年提出新型方案，历经11年联合攻关，最终研制出具有自主知识产权的光电倍增管。

这不仅节省了2/3的经费，更挽救了国内濒临倒闭的光电倍增管行业。

在有机玻璃球的研制中，汤臣科技与高能所联合突破整圈合缝、低本底等技术壁垒，造出世界最大有机玻璃球。

江门中微子实验的成员涵盖来自17个国家和地区、75个科研机构的700多名研究人员。

意大利米兰大学和意大利国家核物理研究院研究员、江门中微子实验副发言人Gioacchino Ranucci表示：

“江门中微子实验成就得益于国际团队的专业知识共享，共同将液体闪烁体技术推向极限。”

05 从“跟跑”到“领跑”的艰辛历程
中国的中微子研究，是从零开始的挑战。

时间回到2001年，王贻芳、曹俊、杨长根等从事高能物理研究的科学家陆续回国，投身中微子研究。

带着“不当配角、不当跟班”的决心，他们在2004年国际中微子研讨会上力推中国方案。

2012年，大亚湾反应堆中微子实验率先发现第三种中微子振荡模式，入选《科学》年度十大科学突破。

从大亚湾中微子实验到江门中微子实验，中国的中微子研究完成了从“跟跑”到“领跑”的跨越。

06 未来三十年的科学征程
“江门中微子实验的设计使用寿命为30年”。

凭借其超高探测灵敏度，JUNO除了聚焦中微子质量顺序这一核心目标，还将精确测量中微子振荡参数。

开展对太阳、超新星、大气及地球中微子的研究，并寻找超出粒子物理标准模型的新物理。

未来，江门中微子实验可升级改造为世界最灵敏的无中微子双贝塔衰变实验，以检验中微子是否为自身的反粒子，并探测中微子的绝对质量。

“未来几十年里，江门中微子实验将持续产生重要物理成果并培养新一代物理学家。”中国科学院高能物理研究所所长、江门中微子实验副发言人曹俊说。

JUNO装置的设计使用寿命为30年，未来还可升级改造为世界最灵敏的无中微子双贝塔衰变实验装置，探索中微子是否为自身反粒子等科学问题。

这只深埋地下的“大眼睛”，刚刚睁开，就已改变世界。

它凝视的不仅是微观世界的“幽灵粒子”，更是人类认知宇宙的远方。

正如中国科学院副院长丁赤飚所言，这项大型基础科学研究国际合作项目，“充分展现了我国在国际合作方面开放、合作、共赢的理念”。

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