地下700米探测到幽灵粒子，2万吨巨球或揭秘物质起源

在我们脚下 700 米的深处，有一个巨大的 “眼睛” 正在凝视着宇宙的奥秘。

2025 年 8 月 26 日，广东江门开平市的打石山深处，江门中微子实验（JUNO）正式开始运行。

这个国际上首个超大规模、超高精度的中微子专用大科学装置，即将为我们揭开宇宙中最神秘粒子 —— 中微子的面纱。

中微子，这个被称为 “幽灵粒子” 的家伙，是构成物质世界的十二种基本粒子之一。

它不带电荷，质量极其微小，不到电子质量的百万分之一，而且几乎不与其他物质发生相互作用。

中微子只通过弱相互作用力与其他粒子发生作用，这种作用范围极短、强度极弱。

绝大多数中微子可以毫无阻碍地穿过整个地球。

科学家计算过，要想有 50% 的概率阻挡住一个中微子，需要大约一光年厚的铅板。

虽然中微子如此难以捉摸，但它却无处不在。

从 138 亿年前的宇宙大爆炸开始，它就充斥着整个宇宙空间。

每秒钟，来自太阳的 650 万亿个中微子穿过每平方米的地球表面。

有数万亿个中微子穿过我们的身体，而我们却毫无知觉。

中国中微子研究的接力

中国的中微子研究始于 2003 年，大亚湾中微子实验是第一代中微子实验装置。

2012 年，大亚湾实验取得了震惊世界的成果，首次发现了中微子的第三种振荡模式，并精确测得了混合角 θ13 的数值。

如今，江门中微子实验接过了接力棒。

它由中国科学院高能物理研究所牵头，汇集了来自 17 个国家和地区的约 700 名科研人员，历时十余年建设而成。

江门实验的核心是一个直径 35.4 米的巨型有机玻璃球，里面装载着 2 万吨液体闪烁体。

这个有机玻璃球的制造精度令人惊叹，整个球面的厚度偏差不超过 1 毫米。

在装置上，镶嵌着约 4.5 万根光电倍增管。

它们如同 4 万多只敏锐的 “眼睛”，随时准备捕捉中微子碰撞产生的微弱闪光。

建造江门中微子实验装置并非易事。

总工程师马骁妍介绍，最具挑战性的工序之一是向探测器灌注液体。

团队需要在 45 天内完成 6 万多吨超纯水的灌注。

同时要将内外有机玻璃球的液位差控制在厘米量级，流量偏差不能超过 0.5%。

超纯水的制备也不简单，需要经过多级净化处理。

最终得到的超纯水电阻率达到 18.2 兆欧・厘米，几乎不含任何杂质。

江门中微子实验的主要目标是确定中微子的质量顺序。

中微子有三种 “味”，在飞行过程中会相互转化，而这种转化与中微子的质量态有关。

目前，科学家已经知道 m1 和 m2 的质量非常接近，但 m3 与它们的差距要大得多。

不过，目前的实验只能测量质量平方的差值，不能直接测量绝对质量，也无法知道差值的正负。

江门实验将通过精确测量不同能量的反应堆中微子在 53 公里距离上的振荡模式，来解决这个问题。

中微子的质量顺序对于理解宇宙物质起源至关重要。

在宇宙大爆炸之初，理论上应该产生等量的物质和反物质。

但我们今天的宇宙几乎完全由物质构成。

中微子的质量顺序可能决定了早期宇宙中物质 - 反物质不对称的程度。

不同的质量顺序会导致完全不同的宇宙演化图景。

按照设计，江门中微子实验的使用寿命可达 30 年。

在完成中微子质量顺序测量这一首要任务后，它还将开展多项前沿研究。

超新星中微子的探测将帮助我们理解恒星演化的最后时刻。

地球中微子的研究能够揭示地球内部的放射性元素分布和热流。

太阳中微子的精确测量将检验太阳模型的正确性。

更令人期待的是，江门实验在后期可以升级改造为无中微子双贝塔衰变实验。

这项研究将探索中微子的绝对质量，并检验中微子是否为马约拉纳粒子。

江门中微子实验的运行，是中国基础科学研究实力的体现。

也将为人类探索宇宙奥秘做出重要贡献。

每一个被捕捉到的中微子，都可能为我们带来关于宇宙本质的新认识。

让我们一起期待这个巨大的 “眼睛” 能给我们带来更多的惊喜吧！