地下 700 米的江门中微子实验成果惊人，将破解“幽灵粒子”难题

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8 月 26 日，江门中微子实验（JUNO）传来重磅消息，其成功完成 2 万吨液体闪烁体灌注，并且正式运行取数。历经十余年精心筹备与建设，这座位于中国地下 700 米的实验装置，一跃成为国际上首个运行的超大规模、超高精度中微子专用大科学装置。

江门中微子实验探测器选址在广东省江门市附近地下 700 米深处，主要用来探测 53 公里外台山和阳江核电站产生的中微子，还能以前所未有的精度测量它们的能谱。跟国际上同类型实验相比，江门中微子实验优势明显。它测定中微子质量顺序时，不受地球物质效应和其他未知中微子振荡参数的影响，还能显著提高 6 个中微子振荡参数里三个参数的精度。在中微子研究这个竞争激烈的科研领域，这无疑是个巨大优势。

该实验由中国科学院高能物理研究所 2008 年提出构想，2013 年获得中国科学院战略性先导科技专项（A 类）支持，同年也得到广东省人民政府助力，2015 年正式启动隧道和地下实验室建设。2021 年 12 月实验室建设完成，紧接着开始在地下实验室安装探测器，到 2024 年 12 月探测器主体建设完成，随后就开始灌注超纯水与液体闪烁体。整个过程有条不紊，每一步都凝聚着科研人员无数心血。

在液体闪烁体灌注前，项目团队先花 45 天完成超过 6 万吨超纯水灌注。这可不是简单的注水，要把内外有机玻璃球的液位差精准控制到厘米量级，流量偏差不能超过 0.5%，以此保障探测器主体结构安全稳定。

之后半年时间，团队又将 2 万吨液体闪烁体小心翼翼注入直径 35.4 米的有机玻璃球，同步完成原有纯水置换。这当中最难的，是要保证超纯水与液体闪烁体满足超高洁净度、透明度以及极低放射性本底等特殊要求，每一项要求都近乎苛刻，任何一点偏差都可能影响实验结果。好在团队做到了，完成探测器调试优化，让探测器灌注一结束就能马上进入正式运行取数阶段。

江门中微子实验核心探测器是有效质量达 2 万吨的液体闪烁体探测器（中心探测器），放置在地下实验大厅 44 米深水池中央。直径 41.1 米的不锈钢网壳是主支撑结构，上面承载着直径 35.4 米的有机玻璃球、两万吨液体闪烁体、两万只 20 英寸光电倍增管、两万五千只 3 英寸光电倍增管，还有前端电子学、电缆、防磁线圈和隔光板等关键部件。探测器内壁布满光电倍增管，它们协同工作，探测中微子与液闪相互作用产生的闪烁光，再把光信号转化为电信号输出，为科研人员捕捉中微子的 “蛛丝马迹”。

中微子是一种极难捕捉的基本粒子，被称为宇宙“幽灵粒子”，它可以轻松穿透整个地球而不被察觉。JUNO的主要科学目标之一是确定中微子的质量顺序——这是当前粒子物理领域亟待解决的关键问题之一，也将深刻影响人类对宇宙起源和物质本质的理解。

试运行期间，首批获取的数据显示，江门中微子实验探测器关键性能指标全面达到甚至超越设计预期。这意味着这个大科学装置已经能着手解决粒子物理学领域未来十年的重大问题 —— 中微子质量排序。同时，科学家还能用它对来自太阳、超新星、大气和地球的中微子展开前沿研究，为探索未知物理打开新窗口。

江门中微子实验是中国科学院高能物理研究所主导的重大国际合作项目，成员来自 17 个国家和地区、74 个科研机构，近 700 名研究人员参与其中。实验设计使用寿命 30 年，后期还能升级改造为世界最灵敏的无中微子双贝塔衰变实验，到时候就能探测中微子绝对质量，检验中微子是不是马约拉纳粒子，解决粒子物理、天体物理和宇宙学等前沿交叉热点难题，帮我们更深入理解宇宙。

江门中微子合作组发言人王贻芳表示，完成探测器灌注并开始运行取数，是突破性进展。这是国际首次运行如此超大规模和高精度的中微子专用大科学装置，将助力解答关于物质和宇宙本质的基本问题。

有分析指出，江门中微子实验在技术和科学目标上都走在世界前列，它的成功运行，标志着中国在中微子研究领域从跟跑变成领跑，对提升我国基础科学研究国际影响力意义重大。从长远看，实验成果可能会改写我们对宇宙基本构成和演化的认知，就像当年发现中微子振荡一样，引发物理学界新一轮变革。

这个项目的顺利推进，得益于我国对基础科学研究的持续投入，以及国际合作模式的有效运用。它给未来大科学项目提供了范例，在整合国内外科研资源、攻克技术难题方面，有很多经验值得借鉴 。