中国地下700米神秘实验室，能捕捉“幽灵粒子”，比美国领先6年！

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电影《流浪地球》中，地上生存环境恶劣，人们只能转移到地下生存，本以为这只是科技电影的幻想，没想到如今早已成为现实。

就在中国的江门市的地下700米的深处，隐藏着一座被称为“捕捉宇宙幽灵”的神秘实验室——江门中微子实验室。

这座实验室不仅在规模上领先全球，而且其实验成果或将为人类探寻宇宙奥秘带来革命性进展，让英国媒体感慨：比美国领先6年！

为什么要将实验室建在如此深的地下？我们又真的领先美国这么多吗？

信息来源：环球时报，2024-10-17，《英媒：中微子实验装置，“美国进展比中国晚6年”》

地下700米深处的实验室

中微子不仅非常古老，还非常的神秘，它质量极轻，基本上不与其他粒子发生相互作用，因此被形容成了“幽灵”。

这种性质让中微子几乎难以被人类或者一般的设备给捕捉到，必须使用最先进的探测器才可以。科学家们比喻它像是宇宙间的隐形拼图，而探究中微子的特性，能帮助我们解答许多宇宙的未解之谜。

中微子

在20年前，当时我国的科研人员为了能够探测中微子，就提出了在核反应堆中来寻找。根据这一设想，4年后中微子实验站开始动工，当时的安排只有300多米，但是也获得了不错的成功。

在这座实验室退役之后，江门中微子实验室开始修建。实验室的位置是在群山之中，还有一座建筑物，但是这不是真正的实验室，想要到实验室内部，还要乘坐罐笼，下降700米，这段过程至少需要5分钟。

江门中微子实验室

想要在地下几百米的位置修建实验室，不是一件容易事，比如岩石的坚硬程度，地下会如何排出去，这些都是需要克服的难题。

并且江门实验室选址在距离两个大型核电站的中心位置，这两座核电站的核反应堆产生的中微子数量丰富，确保了实验能够持续获得高流量的中微子供检测使用。

罐笼道

江门中微子实验室的目标之一是测量中微子的质量顺序，这个问题对于粒子物理学和天体物理学都具有重要意义，一旦解开，将有助于我们进一步理解宇宙的基本结构和起源。

为了捕捉这些几乎无形的粒子，JUNO配备了全球最大的有机玻璃球，直径达35.4米，内部充满了2万吨液体闪烁体。

世界最大的单体有机玻璃球

外层不锈钢结构由4.4万只光电倍增管环绕，时刻监测有机玻璃球内的闪烁反应，以确保不会错过任何细微的中微子事件。

这些液体有着大作用，就像是一个“陷阱”，当中微子进入到其中，就会产生信号，虽然非常的微弱，但是加上另一种设备的加持，会把这种信号发大，这样子就能捕捉到了。

玻璃球内部 央视报道截图

“幽灵粒子”的捕捉过程极为复杂，因为中微子并不容易被直接观察到，每天仅有约40到60次的粒子与液体发生反应，但这微弱的信号足以为科学家提供大量数据。

实验室的核心区域被厚重岩层覆盖，地下700米的深度不仅有效屏蔽了来自宇宙射线的干扰，还使实验环境格外“安静”，中微子的信号在此得以清晰捕捉，这也是为什么要把实验室建到如此深。

捕捉中微子 央视报道截图

此外这些设备中加入了大量由国际合作方研发的尖端技术，比如德国团队提供了精准的数据处理系统，意大利的科研人员在光电倍增管的研制上给予了重要支持，美国、日本等国的科学家们也在该项目的设计阶段贡献了宝贵的经验。

玻璃球面板

信息来源：光明日报，2024-10-24，《江门中微子实验：地下700米的神秘粒子“捕手”》

领先美国6年

在全球范围内，中微子研究已成为各国争相投入的前沿领域之一，美国、欧洲和日本均设有相关的中微子实验装置。

但是JUNO不管是在探测规模还是灵敏度上都具备更高的优势，其捕捉效率和分辨率在全球范围内名列前茅。

国之重器：地下700米江门中微子实验装置

并且美国在中微子方面的研究现在已经落后了，虽然起步早，但是因为各种因素，美国的装置设备却没有跟上我国的步伐，比如资金的问题，美国在这方面的预算非常大，因此资金变得很困难，推展起来就慢了下来。

一位来自江门中微子实验室的科学家直接表明，美国的设备至少落后了我们6年，日本和法国相对来说还快一些仅3年，这说明中国在这方面真的走在了世界的前沿。

中国的科研团队更是以实现中微子的“质量排序”为核心目标，为了在这一难题上实现突破，JUNO将通过长时间的数据积累和精确的测量，率先对这一物理难题给出答案。

而这一结果不仅可能改写现有的物理学模型，也可能迫使科学家重新审视对宇宙起源和发展过程的理解。那么花这么多的资金，费这么大的力气来研究中微子，对我们有什么意义呢？

费米国家加速器实验室

信息来源：极目新闻，2024-10-11，《黄金瞳、闪烁体、超纯水……这个国之重器水灵灵的》

研究中微子好处多多

江门中微子实验室建成之后，运行年限为30年，其在中微子方面的研究不仅在基础研究领域具备开创性意义，还有望为人类的生产生活带来深远影响。

中微子是在恒星核反应等宇宙剧变中产生的，科学家通过观测这些中微子流，可以追溯到恒星内部发生的过程，甚至了解恒星和超新星演化的细节。

中微子光伏电池极片结构示意图

这些观测提供的信息，有望解答宇宙“从何而来”的问题，并帮助科学家进一步完善关于宇宙大爆炸的理论模型。

地球内部衰变会释放“地中微子”，而这些地中微子能为科学家揭示地球内部的物质组成和热流情况，提供一种非侵入性的观测方式，有助于研究地球的形成过程和地壳、地幔的结构。

中心探测器有机玻璃球完成赤道层安装

在应用科学领域，中微子的研究可能带来意想不到的突破，例如“中微子能源”的概念近年来被多次提出。

虽然实现这一技术还面临巨大挑战，但若能成功，中微子能源将成为一种全新的清洁能源，与太阳能、风能等不同，它可能不依赖于气候条件，甚至在黑夜也能持续供电。

液体闪烁体

此外中微子因为穿透性强且不会对人体造成损害，这一特性在医疗领域的应用前景也备受期待，未来可能出现“中微子刀”，用于无创的精准癌症治疗，避免传统放疗和化疗对正常组织的损伤。

所以江门中微子实验室的建设不仅仅代表着中国在科技领域的崛起，更是中国致力于推动全球科技进步的一种姿态。

捕捉玻璃球

JUNO的研究成果将影响到未来的多个领域，从宇宙物理学到能源开发，从医学进步到材料科技，

这项壮观的科学工程所带来的影响将超越单一学科，为人类进一步解锁宇宙奥秘提供强大支持。

可以说JUNO的成功不仅让中国在全球科学界中占据了一席之地，也为全球科学研究注入了新的动力。

中微子与液体闪烁体作用

参考资料

环球时报，2024-10-17，《英媒：中微子实验装置，“美国进展比中国晚6年”》
光明日报，2024-10-24，《江门中微子实验：地下700米的神秘粒子“捕手”》
极目新闻，2024-10-11，《黄金瞳、闪烁体、超纯水……这个国之重器水灵灵的》