我国最大的中微子探测器即将建成，用于寻找宇宙中的“幽灵”粒子

在我国广东江门开平市的地底深处，有一个巨大的球形探测器，它正在寻找宇宙中最难捕捉到的粒子——中微子。

中微子是宇宙中最常见也最神秘的基本粒子之一，它们几乎不与其他物质相互作用，因此很难被探测到。中微子的基本性质在1930年由奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利提出，以解释放射性β衰变过程中能量的表面损失。

1970 年 11 月 13 日，阿贡国家实验室首次使用氢气泡室检测中微子。在这里，中微子撞击氢原子中的质子；碰撞发生在照片右侧的三个轨道发出的位置。

意大利裔物理学家恩里科·费米在1934年进一步阐述了β衰变的理论，并给这个“幽灵”粒子起了一个名字。电子型反中微子在正β衰变中与正电子一起发射，而电子型中微子在负β衰变中与电子一起发射。

这个探测器被称为江门地下中微子实验（JUNO），它是中国目前最大也是最先进的基础物理实验之一。JUNO计划在2023年底开始运行，其目标是通过观测来自太阳和人造核反应堆的中微子来解决一些关于物质起源和结构的重要问题。

例如，科学家们希望JUNO能够确定中微子有三种不同类型（又称为味道）：即电子型、μ型和τ型。这三种类型之间可以相互转化，但科学家还不清楚它们各自具有多少质量。而JUNO将尝试测量其中两种类型之间质量差异的大小，并确定哪种类型更重。

中微子的三种类型（味道）

此外，JUNO还将探索中微子是否存在反物质对应物——反中微子，并且是否与反中微子有不同的性质。如果是这样，那么可能会揭示为什么我们生活在一个由物质而非反物质主导的宇宙。

为了实现这些目标，JUNO需要收集大量极其稀少和微弱的信号。每秒钟有数万亿个中微子穿过地球，但只有极少数会与普通原子核发生碰撞并产生可见光。因此，JUNO需要一个巨大而灵敏的探测器来增加捕获概率，并且需要一个深埋于地下并远离其他干扰源（如放射性元素和人造噪音）的位置来降低背景噪声。

JUNO探测器由一个直径20米、高18米、装满2万吨超纯液体闪烁体（能够发出光芒）并覆盖着1.7万个光电倍增管（能够放大光信号）组成。当一个中微子与液体闪烁体内部原子核发生碰撞时，就会产生一束蓝色光，在光电倍增管上留下轨迹。通过分析轨迹信息（如方向、强度和时间），科学家就可以推断出碰撞事件所涉及到的中微子类型和能量。

JUNO探测器位于广东省江门市附近的一个地下洞穴内，距离地面约700米。这个洞穴是专门为JUNO挖掘的，它有两个入口，一个用于人员和设备的运输，另一个用于通风和排水。洞穴内还建有一些辅助设施，如实验室、控制室、发电机和冷却塔。

JUNO不仅会观测来自太阳的中微子，还会观测来自两个距离探测器分别约52公里和220公里的核电站的中微子。这些核电站共有六个反应堆，在运行时会产生大量反中微子。通过比较不同距离上反中微子的数量和类型变化，JUNO可以更精确地测量中微子之间转化的概率和速率。

JUNO是一个国际合作项目，由中国科学院主导，并有来自中国、意大利、法国、德国、瑞士、波兰、捷克、俄罗斯、美国等多个国家和地区的科研机构参与。根据官网公开信息显示，JUNO预计将在2023年低开始正式运行，并持续至少20年。届时，JUNO将成为世界上最大也是最灵敏的中微子探测器之一，为我们揭开宇宙奥秘提供新的视角。

参考

• What is a neutrino? - Scientific American. https://www.scientificamerican.com/article/what-is-a-neutrino/
• Neutrino - Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Neutrino
• China is hunting the world’s most elusive particles a mile beneath the ocean floor. https://www.livescience.com/china-is-hunting-the-worlds-most-elusive-particles-a-mile-beneath-the-ocean-floor