大学·问 | 地下700米捕获到的中微子到底是什么？

中微子又被称为“幽灵粒子”，在基础科学、宇宙研究中很有价值。11月20日，随着最后一个光电倍增管模块安装完成，我国位于广东江门市地下700米的大科学装置——江门中微子探测装置主体全部建成。据了解，江门中微子探测装置拥有世界最大单体有机玻璃球结构，是目前世界最大、最灵敏的液闪中微子探测装置，预计明年正式投入使用。该装置为什么要建在地下？我国中微子研究还有哪些新布局？一起听听南京大学天文与空间科学学院柳若愚副教授怎么说。

江门中微子探测装置为什么建在地下700米？

中微子与物质发生作用的概率低，穿透能力强，从而导致探测难度大，被称为“幽灵粒子”。柳若愚表示，江门中微子探测装置建在地下700米主要是为了屏蔽宇宙射线和其他外界因素的干扰，“如果中微子探测装置建在地面上，宇宙射线以及其他粒子就能轻易地抵达，包括空气中、土壤中，也会有一些天然的放射性元素，干扰中微子的测量”。中微子探测装置建在地下700米，能有效屏蔽干扰因素，也不会影响中微子的捕获。

江门中微子探测装置与既往中微子研究装置有何不同？

早前，欧洲在地中海、俄罗斯在贝加尔湖中都启用了立方公里级的深水中微子望远镜，南极洲冰立方中微子探测器也已运行十余年，与既往的中微子装置相较，江门中微子探测装置有何不同？柳若愚表示，江门中微子探测装置的科学目标和探测原理与这些既往的中微子研究装置都有所不同。

江门中微子探测装置主要测量核反应堆产生的中微子，探测目标能量在MeV，也就是10的6次方电子伏特附近。“比如说俄罗斯贝加尔湖下的探测器，以及南极洲的探测器，它们主要探测的目标能量段在TeV到PeV，也就是10的12次方到10的15次方电子伏特附近”，这些探测装置探测的是更高能的中微子，跟江门中微子探测装置的科学目标不同。

江门中微子探测装置建成了目前世界最大的液闪中微子探测装置，主要通过液体闪烁器来对中微子进行探测，而诸如贝加尔湖与南极洲的中微子探测装置主要利用切伦科夫效应来对中微子进行探测。切伦科夫效应是一种物理学现象。当反应堆发射的高能电子，其速度比光在水中的速度大而比光在真空中的速度小时，可能会产生一种电磁辐射。这种辐射达到一定强度后，会在屏蔽某些核反应堆的池水中出现微弱的浅蓝色光辉，这是看得见的切伦科夫辐射。这与江门中微子探测装置的探测原理有所不同。

“世界最大单体有机玻璃结构”有什么用？

江门中微子探测装置中有一个直径达到35.4米的有机玻璃球，是世界最大的单体有机玻璃球结构，也是江门中微子探测装置最核心的一个部件。柳若愚提到，有机玻璃球内部会装有液体闪烁器，当中微子穿透有机玻璃球，打到液体里时，有概率和液体里的原子核发生相互作用，这一过程中产生的伽马光子会在液体闪烁器中激发一些可被捕捉到的辐射。而在有机玻璃球里安装的光电倍增管能捕捉中微子打上去产生的信号，将光信号转化为电信号，从而实现对中微子的探测。

世界最大单体有机玻璃结构在工艺上也是一种突破，除了制造该结构形态的精确性要求，“这个结构对拼装拼接的精度都有要求，它这个实验一下子要运行几十年，所以里面材料的耐用性要求也非常高。”柳若愚补充道。

江门中微子探测装置会影响周边环境吗？

对于江门中微子探测装置的环境影响，柳若愚表示，“这对于环境基本上是没有什么影响的，因为它只是一个接收中微子的装置，并不会产生一些影响到环境的额外辐射”。

我国中微子研究还将有哪些布局？

2020年12月12日，我国大亚湾核反应堆中微子实验装置完成科学使命，取得了发现中微子的第三种振荡模式这一重要成果，正式退役。柳若愚提到，江门中微子实验的一个主要目标，就是接着大亚湾中微子实验的成果去测定中微子的质量顺序。

近年来，我国在中微子研究领域投入了较多力量，除大亚湾中微子实验和江门中微子实验外，我们在更高能量段的中微子探测上也有所布局。“比如说，我们预期在我国南海建造一个大型的中微子探测器去探测更高能的中微子，和贝加尔湖还有南极洲的这些国外的探测器相比，它们的探测能量段比较类似。”柳若愚补充说，“在中国的西北敦煌附近，戈壁沙漠里面也安装了一些射电的天线去探测一些中微子，这些中微子的目标能量段就更高，大概是10的17次方电子伏特之上。”

柳若愚还说，在天文学有一种多信使天文学的说法，是指我们不仅仅要通过光来探测和了解这个宇宙，也要通过一些其他的信使来完成这个目标，而中微子就是其中非常重要的一种。因此，“现在在国际上，中微子的天文学研究也越来越热门，我们国家在这个方面也有很多的布局和发展”。

作者：

南京大学新闻传播学院 周昌乾 朱雨欣 黄好

指导老师：

南京大学新闻传播学院副教授 庄永志

现代快报/现代+记者 朱俊骏 于露