宇宙最神秘的“幽灵”,每秒亿万次穿透你我,却无人能察觉!在中国地下700米,一场由全球700位科学家联手打造的“国之重器”——江门中微子实验,正试图捕捉这些无形之物。
更令人称奇的是,科学家们竟选择在传统中元节“抓鬼”,这背后隐藏着怎样的科学逻辑与宇宙奥秘?
地下有只猫
在中国广东江门开平市一座名为打石山的山体腹地,一场前所未有的“寻幽”行动正在上演。这并非神话传说,而是一项硬核的科学探索。
深入地下700米,这个深度相当于把两座广州塔首尾相接,直插入地心。在这里一个由中国主导,汇集全球20多个国家、700多位顶尖科学家的国际科研项目——江门中微子实验(JUNO),正准备揭开宇宙最深层的秘密。
它要寻找的目标是一种被称为“幽灵粒子”的中微子。这东西几乎无处不在,宇宙大爆炸、恒星燃烧、甚至我们脚下的地球和头顶的太阳都在源源不断地产生它。
每秒钟都有数万亿个中微子以接近光速穿过我们的身体,但我们却毫无感觉。它们几乎不与任何物质发生反应,就这么悄无声息地来,又悄无声息地走。
想要捕捉这些看不见、摸不着的“幽灵”,挑战可想而知。科学家们想出了一个绝妙的办法。
这好比在一间伸手不见五指的黑屋子里找一只猫。你看不见它,但如果它不小心碰倒了桌上的杯子,发出的声响就暴露了它的位置。
江门实验的核心就是一个直径35米的巨大有机玻璃球。它将装满2万吨特制的液体闪烁体,这液体就像是布满陷阱的“地板”。当中微子这个“幽灵”穿过时,会偶尔“碰倒杯子”,发出一丝极其微弱的光。
这束光是人眼根本无法察觉的,但分布在巨球周围的专用探测器却能精准捕捉。这微弱的光信号就是中微子留下的“声响”。
中国造的超级眼睛
要让这只“地下巨眼”足够灵敏就必须排除一切干扰。
JUNO藏在广东江门地下约700米的岩层深处,借助厚重岩石与6万吨超纯水屏蔽,将外界背景噪声压到极低水平。
它的“靶”和“眼睛”都非常壮观。其内装约2万吨液体闪烁体以提升中微子与物质相互作用的概率,外包近4万只光电倍增管(约2万只20英寸与2.5万只3英寸组合)构成超高灵敏“复眼”,能捕捉到微弱至百亿分之一手机屏幕亮度的闪光。
项目由17个国家和地区、74个科研单位、近700名科学家参与,设计寿命达30年。更妙的是JUNO距离阳江和台山核电站约53公里。核反应堆释放大量电子反中微子,为测量提供稳定高强度光源。
JUNO的核心目标是确定中微子质量顺序,同时搜索质子衰变、惰性中微子等新物理现象——用“大”(体量)+“准”(灵敏探测)+“静”(深埋与屏蔽)三大策略,去“捕捉”宇宙中最难捉摸的幽灵粒子。
这项工程的核心技术——液体闪烁体,恰恰是中国领先全球的强项。这项技术不仅性能卓越,而且性价比极高,让这个庞大的国际合作项目得以高效推进。
作为一项计划运行长达30年的实验,它预计在2023年底建成并开始采集数据。届时它积累的观测数据量将是现有同类实验的50倍以上,有望在中微子研究领域实现颠覆性的突破。
不只是为了看星星
江门实验的目标远不止是满足人类的好奇心。它的目光一头伸向了宇宙的起源。
科学家们希望通过它解开一个困扰物理学界多年的终极难题:为什么我们的宇宙中,物质远多于反物质?这个问题的答案,或许就隐藏在中微子的神秘特性之中。
而另一头它的目光则紧紧盯着我们身边的现实世界。距离实验不远的台山和阳江,坐落着大型核电站。核电站在运行中会产生大量中微子。
一旦核电站的运行状态出现异常,产生的中微子数量就会发生突变。江门实验这个超级灵敏的探测器能第一时间捕捉到这种变化,就像一个全天候的“健康监测仪”,为核能安全加上了一道看不见的保险。
去年日本核污水排海事件引发了广泛关注,这项技术无疑给我们的核安全感增添了沉甸甸的砝码。
中元节的科学狂欢
一个有趣的巧合让这项前沿科学探索与古老的传统文化产生了奇妙的交集。
中元节通常与祭祖、放河灯、焚纸锭等传统习俗相关联,而科学家们选择在这个特殊日子深入地下开展尖端实验,形成了传统文化与现代科学的有趣对话。
科学家们发现,中元节的夜晚是进行观测的最佳时机。项目首席科学家王贻芳院士解释说,这背后是纯粹的科学逻辑:节假日期间,地表的人类活动大幅减少,环境背景辐射会降到最低,为“抓鬼”创造了绝佳条件。
于是当中元节的传统习俗是祭祖、避讳外出时,一群顶尖的科学家却选择深入地下,兴致勃勃地追捕科学世界里的“幽灵”。“中元节上班已经成了我们的传统”,研究人员幽默地表示,这是“最适合抓鬼的日子”。
研究员李小男认为,科学并非要否定传统,而是用一种全新的方式去理解世界。中微子是现代科学语境下的“幽灵”,探索它与中元节探索未知的精神内核不谋而合。
这种勇于深入未知、敢于挑战极限的精神正是科学进步的核心动力。江门中微子实验,这个被誉为“国之重器”的项目,所展现的正是中国科研那种独特的“巧劲加狠劲”,它不仅为传统节日增添了新的时代意义,更在深邃的地下,为全人类点亮了一盏探索宇宙奥秘的明灯。
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