江门中微子实验看透“幽灵粒子”

来源：科技日报

从地面入口乘上缆车，沿斜井隧道缓缓下行，伴随鼓风机的持续轰鸣，约15分钟后，记者抵达一个宽敞明亮的地下空间。这里位于地下700米深处，正是江门中微子实验（JUNO）所在地。

11月19日，中国科学院高能物理研究所在此举办新闻发布会，宣布JUNO装置建设成功并发布首个物理成果。利用JUNO投入运行后59天获取的数据，JUNO合作组成功测量了两个关键的太阳中微子振荡参数，并将测量精度提升至此前最好结果的1.5到1.8倍。

作为国际上首个建成的新一代超大规模、超高精度中微子实验装置，JUNO主要解决哪些科学问题？研究中微子对普通人有什么意义？为什么要不遗余力地提高中微子振荡参数的测量精度？针对以上问题，科技日报记者采访了相关专家。

第一问：中微子有隐身特性，研究它能揭示哪些奥秘？

中微子是一种“幽灵粒子”，能轻易穿透地球和人体，却几乎不留痕迹。“这种几乎不与物质作用的‘隐身’特性，使中微子成为完美的宇宙信使，携带着关于宇宙诞生与演化的古老信息。”JUNO合作组发言人、中国科学院高能物理研究所王贻芳院士说，JUNO就是一个研究中微子的专用大科学装置。

“中微子可以分为3种：电子中微子、缪中微子和陶中微子。JUNO的核心目标，是确定这3种中微子的质量顺序，也就是搞清楚它们当中究竟哪个最重、哪个最轻。”中国科学院高能物理研究所所长曹俊说，这是当前中微子物理最根本的科学问题之一。

JUNO还将精确测量中微子振荡参数，并对太阳中微子、地球中微子、超新星中微子、大气中微子、质子衰变等进行交叉研究。

“通过这些研究，JUNO将揭示天体和行星的内部奥秘，并搜寻宇宙背景信号。我们也相信，这些研究将极大地推动我们对中微子的理解，并有望发现突破当前理论框架的新物理。”曹俊说。

第二问：追溯万物的开端，对我们普通人有什么意义？

“中微子与我们的最直接联系，可以追溯到万物的开端。它决定了我们能否存在。”王贻芳说。

在宇宙大爆炸后的极早期，空间中曾遍布着微小的“密度涨落”，它们是未来所有星系、恒星乃至生命的原始“种子”。但如果中微子完全没有质量，它就会以光速飞驰，从而将这些珍贵的初始“种子”全部抹平。

王贻芳解释，正是因为有一点点微小的质量，中微子才得以减缓速度，允许宇宙早期的“密度涨落”被保留并放大，最终引力才能成功地凝聚出星系、银河系、太阳、地球以及人类。

“我们研究中微子，本质上是一种对自然规律的纯粹探索。它短期内可能确实没有直接的用处，但从长远来看，其价值是无法预料的。就像电刚被发现时，人们也不知道它将来能用来做什么。”曹俊说，“这正是基础研究的意义：我们先去理解世界，而改变世界的种子，往往就埋藏在这份理解之中。”

第三问：聚焦振荡参数测量，为何要不遗余力提高精度？

我们目前测量的中微子振荡参数，是自然界的基本常数。这些参数的精确数值，对许多前沿研究来说至关重要。

“比如，物理学中一个未解之谜：中微子是否是自身的反粒子？这个问题的答案，直接关系到我们为何能存在于这个宇宙之中。”曹俊说，对这个问题的最终判断，依赖于我们对中微子基本参数的精确了解。如果这些基本参数测不准，科学界可能就需要耗费10年甚至更长时间，投入巨大资源去设计多个新实验来反复验证。

曹俊认为，如果对这些参数的测量足够精确，许多原本模糊的物理图像会变得非常清晰，我们也能够借此检验是否存在超出标准物理模型的新物理。

JUNO刚刚发布的首个成果，正是这一精确测量理念的生动体现。该成果显著提高了太阳中微子振荡参数的测量精度。该参数可以通过两种方法测量：一种是利用太阳发出的中微子，另一种是利用核反应堆产生的中微子。但这两种方法此前对中微子振荡参数之一的质量平方差的测量结果，有大约1.5倍标准偏差的不一致。

“这种不一致，可能是源于实验误差，但也可能暗示存在新物理。我们进行高精度测量，能够以更高的准确度澄清这一差异，解决测量不一致问题。”王贻芳解释。