江门中微子实验装置正式运行

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图片说明：2024年12月18日，江门中微子实验开始液体闪烁体灌注。

本报记者 李迅典

8月26日，中国江门中微子实验（JUNO）成功完成2万吨液体闪烁体灌注，并正式开始运行取数。这标志着JUNO成为国际上首个建成并运行的新一代大型中微子实验装置，也意味着中国在高能物理领域的大科学装置建设实现重大突破。中国科学院高能物理研究所研究员于泽源26日接受《环球时报》记者采访时表示：“江门中微子实验装置是国际上首个投入运行的新一代中微子探测装置，这个高性能装置的率先建成将帮助我国中微子领域研究迈入国际领先水平。”

据介绍，位于广东省江门市地下700米的JUNO探测器，自试运行以来已获取首批科学数据。数据显示，其核心性能指标全面达到甚至超过设计预期，为我国在中微子与天体物理前沿交叉领域的研究奠定了坚实基础。

中微子是组成自然界的最基本的粒子之一，具有极强的穿透力和难以探测的特性，因此又被称为“幽灵粒子”。确定中微子的质量排序是未来十年粒子物理学领域最受关注的重大问题之一。于泽源表示：“这一装置的主要科学目标是判断中微子质量顺序，也就是三代中微子的质量轻重问题，在粒子物理和宇宙学领域都有重要意义。”

JUNO的核心探测器是一个有效质量达2万吨的液体闪烁体探测器，安置于地下实验大厅44米深的水池中央。其主支撑结构是一个直径41.1米的不锈钢网壳，承载着包括直径35.4米的有机玻璃球、2万吨液体闪烁体、2万只20英寸光电倍增管、2.5万只3英寸光电倍增管以及前端电子学系统等在内的关键部件。遍布探测器内壁的光电倍增管协同工作，能够探测中微子与液体闪烁体相互作用产生的闪烁光，并将其转换为电信号输出。于泽源详细解释了其探测原理：“以反应堆中微子为例，中微子以微小概率与液体闪烁体内的质子发生反应，形成正电子和中子。正电子和中子俘获会在液体闪烁体中沉积能量并发光，光子再被光电倍增管探测到，从而重建出中微子信息。”

灌注液体闪烁体的过程充满挑战。项目团队首先在45天内完成超过6万吨超纯水的灌注，将内外有机玻璃球的液位差控制到厘米量级，流量偏差不超过0.5%，充分保障探测器主体结构的安全稳定。随后，经过半年的精细操作，将2万吨液体闪烁体精准注入有机玻璃球内，并同步完成原有纯水的置换。超纯水与液体闪烁体的超高洁净度、透明度和极低放射性本底等特殊要求全部得到满足。与此同时，项目团队完成了探测器的调试优化，确保探测器在灌注完成后能够立即进入正式运行取数阶段。

JUNO探测器不仅能够探测53公里外台山和阳江核电站产生的中微子，还将对来自太阳、超新星、大气和地球的中微子开展前沿研究，并开启对不活跃中微子及质子衰变等新物理现象的探索。于泽源强调：“作为高性能中微子探测装置，JUNO不仅帮助我们精确研究反应堆中微子振荡，还可以探测地球中微子、太阳中微子、超新星中微子，为研究地球、太阳和极端天体提供了新手段，将与我国多个基础研究领域形成交叉合作，共同进步。”JUNO是由中国科学院高能物理研究所牵头的重要国际合作项目，汇集了全球17个国家和地区74个科研机构的700余名科研人员。JUNO副发言人、意大利米兰大学及国家核物理研究所（米兰）教授乔阿基诺·拉努奇表示，江门中微子实验建设取得的重要成就也得益于富有成效的国际合作。