11月19日,中国科学院高能物理研究所在广东江门举办发布会,正式宣布江门中微子实验(JUNO)装置建设成功,并发布其首个物理成果。这一新一代超大规模中微子实验装置,仅用两个月运行时间就交出亮眼答卷,为粒子物理研究开辟新赛道。
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聚焦“幽灵粒子”,破解重大物理难题
中微子是构成物质世界的12种基本粒子之一,分为电子中微子、缪中微子和陶中微子三类。宇宙中中微子无处不在,恒星核反应、超新星爆发、核反应堆运行乃至岩石中放射性物质衰变,都会持续产生大量中微子。
由于中微子与普通物质相互作用极弱,能轻松穿透人体、建筑甚至整个地球而不被吸收,难以被探测,因此被称为“幽灵粒子”。江门中微子实验探测器选址江门地下700米处,可精准捕捉53公里外台山、阳江核电站产生的中微子,以前所未有的精度测量其能谱。
作为国际首个建成的新一代超高精度中微子实验装置,其核心目标是解决粒子物理学未来十年的重大课题——中微子质量排序。同时,依托超高探测灵敏度,实验还将开展中微子振荡参数精确测量、太阳与超新星中微子研究、地球中微子探测等工作,探寻超出粒子物理标准模型的新物理现象。
59天斩获突破,精度提升1.5至1.8倍
中国科学院高能物理研究所副所长、江门中微子实验合作组物理分析负责人温良剑介绍,研究团队通过分析今年8月26日至11月2日期间的59天有效数据,成功测量出“太阳中微子振荡参数”中的混合角theta(12)及其相关质量参数。
此次测量精度较此前实验的最佳结果提升1.5至1.8倍。值得关注的是,这两个振荡参数虽最初由太阳中微子测定,但也可通过反应堆中微子精准验证。此前两种测量方法在质量平方差结果上存在约1.5倍标准偏差的“太阳中微子偏差”,暗示可能存在新物理现象。江门中微子实验通过反应堆中微子首次证实了这一偏差,未来还将通过同时测量太阳中微子与反应堆中微子,进一步证实或证伪该偏差。相关论文已于11月18日提交期刊,并在预印本网站arXiv发布。
性能达标寿命超长,未来可期育新才
中国科学院院士、江门中微子实验项目经理和发言人王贻芳表示,装置仅用两个月就实现高精度测量,充分证明探测器性能完全符合设计预期。“前所未有的测量精度让我们能快速确定中微子质量顺序,检验三种中微子振荡框架,探寻框架外的新物理。”
江门中微子实验于2015年启动隧道与地下实验室建设,2025年8月26日完成液体闪烁体灌注后正式运行取数。该装置设计使用寿命达30年,未来可升级为世界最灵敏的无中微子双贝塔衰变实验,用于检验中微子是否为自身反粒子,并探测中微子绝对质量。
中国科学院高能物理研究所所长、江门中微子实验副发言人曹俊指出,未来几十年,江门中微子实验将持续产出重要物理成果,同时为我国培养新一代顶尖物理学家,助力科技自立自强。
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