每个人身体每秒钟会穿过数万亿个神秘粒子,你却对它一无所知。它们被称为“幽灵粒子”,是人类探索宇宙最关键、也最难以捕捉的物质之一。
在广东江门开平市地底700米处,一座斥资3亿美元、历时九年建成的超级实验室正在试图揭开它的面纱。这个名为“江门中微子实验”的项目藏在花岗岩山体内部,如同一颗埋藏在地下的巨大科学珍珠。
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所谓“幽灵粒子”,其实就是中微子。它们从宇宙诞生之初就存在,质量小到难以测量,几乎不与任何物质发生作用。太阳在发光时释放它,粒子对撞时会产生它,就连香蕉衰变时也会释放中微子——只不过每吃一根香蕉,仅会有十个中微子穿过你的身体。
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要捕捉这样的粒子,科学家必须“守株待兔”。江门实验室的核心是一个巨大的球形探测器,由有机玻璃制成,外面包裹着4.5万吨高纯度水。探测器内装有特殊液体,每当有中微子穿过,就会与液体中的质子相撞,产生微弱的光信号。预计每天能捕获约50次闪光。
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之所以建在如此深的地下,是为了屏蔽宇宙射线和其他辐射的干扰。地表环境的干扰信号太多,就像在喧闹的菜市场里试图听清一根针落地的声音。
中国科学院高能物理研究所所长王贻芳表示,实验室的核心目标是测定三种中微子的质量顺序。这听起来专业,实则关乎人类对物质世界的根本认知。中微子在飞行过程中会像变魔术一样在三种“味”之间转换,搞清它们的质量排序,才能完善粒子物理模型,甚至重新理解宇宙的演化历程。
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美国杜克大学物理学家凯特・斯科尔伯格评价道:“进行这项实验本身就需要极大勇气。”毕竟,要捕捉几乎不与其他物质作用的粒子,无异于用渔网捕捉雾气。
按照计划,实验室需要记录约十万次闪光,才能获得具有统计学意义的数据,这个过程预计需要六年。与此同时,日本的“超级神冈”探测器和美国的“深地下中微子实验”设施也在建设中,将在2027至2031年间投入运行。这些实验将通过不同方法互相验证,共同推进人类对中微子的认知。
中微子虽然难以捕捉,却可能掌握着宇宙终极问题的钥匙:为什么宇宙中物质远多于反物质?早在宇宙大爆炸时,物质和反物质本该成对出现并相互湮灭,但事实上物质占据了主导。这个谜题,或许就藏在幽灵粒子的特性中。
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