马骁妍：地下700米的星空

来源：市场资讯

（来源：中国科普博览）

大家好，我是马骁妍，来自中国科学院高能物理研究所。今天我想和大家分享一些关于江门中微子实验的故事。

不知道大家有没有听说过这个实验。在去年（2025年），一台实验装置的运行，和航空母舰“福建舰”以及DeepSeek一起写入了国家的统计公报。这个实验装置就是我们的江门中微子实验

在2025年的11月19日，这个实验发布了首个物理成果。我们团队在实验装置运行了两个月的时间以后，发布了两个中微子振荡参数测量精度，并且测量精度超过国际上其他实验几十年的积累。运行的结果和数据分析表明，探测器的关键性能指标是能完全满足或者说超越我们的设计预期的。

这是在发布会的那天，我同事拍下我笑得非常放肆的一张照片。我相信那天我们团队的所有人都是非常放松、非常开心的。

所以在接到格致论道邀请的时候，我当时就在想要讲什么。如果讲中微子，我肯定不如我那些做物理专业的同事讲得好。所以我就想要不我来讲故事吧。

因为我们有一个同事，他特别擅长拍摄，拍了很多好看的照片。所以今天我就想用他这些照片串一个故事给大家讲讲，关于实验工程建设的一些事情。

在十几年前，广东省江门市开平一个小镇上，来了一群不会说粤语的人。他们来到了距离核电站不远的一座打石山下，要在这个地方建一座实验室。

我们的实验室就是在这个山下700米的地方。每天我们要坐着小火车，穿过一个1265米的隧道下到下面去。当然了，我们也可以爬到山头进入实验室，因为在这个山头有一个竖井，可以坐罐笼下去。

那么我们为什么要建这样的一个实验装置呢？其实在团队做大亚湾中微子实验的时候，科学家们就提出了下一代中微子的实验计划。当时是在2012年，在大亚湾中微子实验发现了第三种中微子振荡模式以后，关于中微子的下一代研究就展开了激烈的国际科学竞争。当时有三个比较关键的、也是比较有竞争力的实验项目，其中一个是我们国家的江门中微子实验，我们有时候也叫它JUNO实验。另外一个就是美国的DUNE实验，还有日本的Hyper-K。

在这样一个特别激烈的国际竞争环境下，我们就开启了一种——用我的话说就是——“既要又要还要”的模式。

为什么这么说呢？因为我们要建一个国际上能量精度最高、规模最大的液体闪烁体探测器。而且这个探测器要求的寿命很长，因为它是要在液体环境下密封运行30年。这个期间你是没有办法去做任何的更换，也没有办法维护和维修的。另外还要花最少的钱去做最快的事情，我们要尽快把它建出来。

那么最先涉及到的就是方案设计。我们的方案设计是从2013年开始的。当时大概有十几个方案，来自全世界各个国家还有不同的地区，包括中国的大学研究机构都在设计这种方案。最后经过两年的不断评审和淘汰，我们团队设计的一种叫做有机玻璃球的方案脱颖而出。

实际上在那天宣布结果的时候，我们心里其实并没有太多的喜悦，反而感到一种巨大的压力。因为我们知道这个事情太难做了，可我们就是要去啃这块硬骨头。

这个方案是什么样的结构呢？

探测器外面是一个41.1米直径的不锈钢网壳，它是我们探测器的外骨架。在外骨架的里头，这个黄色的部分是透明的有机玻璃球壳，直径35.4米，也是核心容器。有机玻璃球壳里面会装一种特殊的液体。

在这个球外面，也就是这个不锈钢网壳的内壁，我们会装很多很多这种光电倍增管它就像探测器的眼睛一样，负责捕捉中微子信号。外面这个白色的是反符合探测器，它是用来排除干扰信号的。整个探测器是放在一个特别大的水池里边，这个水池会装4万吨的超纯水，而球里边会装2万吨的液体闪烁体。

那它是怎么去捕获中微子的呢？中微子穿过探测器的时候，一般都会悄无声息地穿过。但在极少数的情况下，它会跟球壳里面这种液体发生一次碰撞，碰撞会产生很微弱的光。

当然我们眼睛是看不见这种光的，这时外面装的密密麻麻的那些光电倍增管就要上岗了。它会捕捉这一瞬的光并把它转成电信号，而且是放大了的电信号，最终通过数据把它记录下来。

在我们绞尽脑汁地去做这个“既要又要还要”的设计的同时，基建队伍已经在山下开启了他们基建的故事。当时我看到很多这种特别震撼的照片，觉得特别难忘。

左边这张是我们通往地下的那个斜井隧道开挖了200米时候的画面，右边这张照片是我们实验大厅洞室刚刚开挖出来的样子。

这张照片是几十个工人，他们肩上扛着几十米长的固定用的锚索在往前走。右边是岩石涌水，在我们开凿这个地下洞室的时候有很多涌水，这也极大制约了我们工程建设的进度。

这是我们刚才提到的那个大水池，照片里已经有了一个初步的模样。

这张照片是2021年底的时候，我同事在我后面偷拍了一张。但是我特别特别喜欢这张照片，因为他照的我像1米8的大高个一样。

在拍这张照片时，其实水池已经交付给了我们设备安装的队伍，现在就该我们进场了。我们就要把我们的想法和设计变成现实，于是这个故事也就开始了。

这实验对环境的要求、对洁净的要求还有精度的要求非常高。因为不能焊接，所以我们要用12万套螺栓去拼一个不锈钢的“大乐高”。这个“大乐高”就是刚才说的不锈钢网壳，它有十几层楼那么高。大家看照片里的这个工人，就能看到它有多大。

当我们去拼这个不锈钢的“大乐高”时，首先遇到的问题就是：不锈钢的表面容易打滑，因为它的摩擦力不够。所以我们研发了一种特殊的表面粗化工艺，把抗滑移系数从0.2提高到了0.5。

另外一个遇到的难题，就是不锈钢的螺栓和螺母在安装的时候特别容易咬死。所以我们又研发了一种叫做高强不锈钢环槽铆钉的技术，都用在了我们的安装过程中。

下面图片里这个金灿灿的排得密密麻麻的球，就是我们刚才说的装在不锈钢网壳内壁的光电倍增管。我们想把它设计得越密越好，能多装一个，就不能少装一个。右边这张图就是大型倍增管，中间我们还穿插着装有小型的倍增管。

我们还专门安排了一个同事研究怎么排布这个光电倍增管。排布密到什么程度？就是相邻的两个之间最小间隙只有3毫米。这样的话，排布好的光电倍增管的光学覆盖率就能达到一个极致。

排布地很精巧了，但问题就是安装的时候头大了。安装这么多密密麻麻的倍增管得很小心，不能磕到和碰到，还得担心干涉装不上。

这时就有人问：这么难装，那你为什么不设计成圆柱的，而是要设计成球形的？

我们不是“既要又要”嘛，我们还得省钱呀。因为一个这么大的光电倍增管很贵，我要想达到高覆盖率的同时又要省钱，所以就考虑到了球形。因为相同体积的情况下，球的表面积是最小的。

其实这里头最难的还是这个有机玻璃球，就是这个超级大的一个巨型的像水晶一样的玻璃球。这个球的直径是35.4米，但它的厚度只有120毫米。

120毫米，大家可能觉得挺厚的，实际上想想玻璃球这么大直径，如果等比换算的话，它比鸡蛋壳都要薄。那为什么不能设计得厚点呢？还是为了省钱嘛，不能设计得太过度了。

接下来是另一个问题，这么大个球，国内有没有人能做出来？

当时我们在国内调研厂家的时候，心里也是打鼓的。一，我们没有经验可谈；二，没有先例。再一个就是，像这种有挑战的科研难度的制造，其实企业和厂家是挣不到钱的。

非常幸运的是，在这个项目里遇到了国内很多特别有情怀的企业和老总，他们愿意陪着我们去折腾这些特别难的事情。有机玻璃球就是其中之一。

但我相信他们的老总当时肯定没有想到，后面会遇到那么多的磨难。

首先是我们要做全世界最纯净的有机玻璃板。当时他们在工厂开辟了一条我们实验专用的低本底的有机玻璃生产线。就是从原料、输送管道、反应釜、以及它聚合反应的水池，整个零污染。

在这样严格的环境下，我们生产出的板材，它的天然放射性纯度达到了＜1ppt，也就是万亿分之一，远好于国际水平。

当平板做好以后，我们要把它烘弯成球面板。但当把球面板从烘房拿出来的时候，我们发现它的透光率下降了。虽然下降得不多，大概就是2%。但是透光率也是我们实验的一个重要指标，对我们来说这是接受不了的。于是我们又花了一年的时间跟工艺做斗争，最终我们这个球面板的透光率达到了96%以上。

有人就会好奇问：你这么大一个玻璃球，它怎么跟外面的钢结构连接呢？你又不能在球上打孔。

其实我们是在这个球的面板上设计了一些连接节点，这个连接节点里头是有不锈钢件的。这些不锈钢件是预埋到有机玻璃板里头的。这个节点又要做得很结实，但又不能把有机玻璃给拉坏了或者是压坏了，所以我们也是经过了很多的设计与工艺优化。

最终比较开心的就是我们节点的承载能力从最开始的32吨提高到了100吨。

那么接下来就涉及到这个球怎么去装，就是现场安装的问题。大家看这个照片里，球其实是从上往下一层一层，每一圈有很多板去这么拼接的。这里头涉及到一个工艺：本体聚合。

什么是本体聚合呢？你可以把它简单地理解为，通过在两块板中间灌胶水的方式将两块板粘在一起，并且胶水和板材的成分一样，这就叫本体聚合。它是一种化学反应，它会让拼接段两边的分子链拉上手。

但使用传统的本体聚合工艺，我们粗算了一下，大概5年都不一定能做完。这个工期我们肯定是接受不了的，所以我们必须要采取创新的工艺去做这个事情。

那创新肯定就有挑战，里头可能就有新的问题。所以我们在厂里也做了很多的实验和测试，直到我们觉得没问题了，就很有信心了。

我们打算到了现场就开始干。但到现场以后很多人发现，现场的情况和我们想象的是完全不一样的。

大家有没有看到这里头的人在哪？这个人是在球顶上，这个黄色的圈里边。由此就可以想象到这个装置有多大。我们每天都要爬到这么高的地方去作业。

我们不只是爬不锈钢的“大乐高”，还要爬这个38米的平台。

每天上去工作，我们要在这样大的有机玻璃球的外面去爬那种软梯到球上，在球的表面上来回走和检查，有时候还会要爬这种绳网。

当时我们就说，来JUNO的人，首先要学会飞檐走壁。我们经常也开玩笑：我们这个团队，以后组个团去参加攀岩比赛，肯定能赢。

就这么爬呀爬呀，我觉得我的恐高症都治好了。

左边这张照片就是我第一次爬这个不锈钢网壳的时候，他们在下面看我，说：“看到你的腿抖得跟那个筛子一样。”我说我当时都不敢站起来，就这么出溜着往下爬

但再到后面，爬这个球的时候就比较轻松了。虽然说体力是一个问题，你会觉得体力不支，但恐惧感是没有了。

另外这个探测器有个毛病：它有洁癖。

为什么这么说呢？这个探测器里边要装2万吨的液体，但液体里边灰尘允许的总量不能超过8毫克。这是个非常非常变态的要求了。

探测器从原材料的选择到生产，再到现场安装的每一个步骤，都是通过我们物理学博士的计算。算出来有什么样的要求，在现场安装的时候，我们就按照这种执行标准和检测标准去要求工人。尤其在这个洁净管理的过程中，就会很容易出现一些小争执。

因为工人是不理解你为什么这么要求的。他说：“我已经很干净了呀，我擦得很干净了。我家里都没这么干净，你为什么还要老是批评我？”

这个东西就是一种理解上的差异嘛，我们就给他讲为什么我们这么要求。他们就经常很崩溃地说：“你们这个女同志来管我们就算了，要是换个男的，我早就跟他干一架了。”我说：“那你看，我们领导肯定也是这么想的，所以他才这么安排，是不是？”

但在沟通的过程中，除了他们不理解我们，其实有时候我们也确实会误会他们。

大家看这张照片，可能想问：不是水晶球吗，为什么是黄的，为什么不是透明的？因为我们在这个球里面，临时贴了一层叫水溶纸的东西。贴纸的原因就是我们要阻挡空气中的灰尘或者放射性的物质，不让它进到有机玻璃板里面。

在贴这个纸之前有一道工序，有些地方要涂胶，要求是涂完胶后24小时，才能再去贴水溶纸。

但有一天，我们爬到球上去检查的时候，发现有些地方的纸跟球粘上了。当时我就特别生气，因为这就意味着要返工。我就批评那些工人，但工人特别委屈，跟我说：“我肯定是超过24小时了。”

我当时就在想，这是什么原因呢？后来我突然想到，这会不会是因为湿度的问题？因为24小时的数据是在北京的实验室测出来的，但在广东地下它湿度会更大。于是我们就赶紧再做实验，事实证明确实是冤枉工人了，所以我们赶紧道歉。

其实像这些工作中的摩擦可能真的不算啥，真正让我们崩溃的还是这个球的制作过程。因为有那么几个月的时间，我们一直处在一种——球裂了、修，修好了、裂，裂了再修——这样一种痛苦的循环中。

有一天我跟同事爬到这个球上，大家从这个照片能看到我们爬得很高。在球上检查记录的时候，我们听到特别奇怪的一声响。当时我们俩愣了两秒钟，然后同事说：裂了。我们就赶紧到旁边找，发现了这个大裂缝。

同事看着下面，跟我说：“马老师，一会儿这个裂纹会不会裂开？咱俩就掉下去了。”

那天真的很崩溃，中午我们俩也没有上去，没有升井，也没有去吃饭。我们就在这个球上一直坐着，也不说话。

后来我给当时一位领导曹俊老师发了个微信，我说我感觉要崩溃了，他就淡淡地回了我四个字：没有就行。因为他知道这种崩溃的时刻，我们不是第一次经历，可能以后也还会有。等情绪缓解了以后，还得继续往下走嘛。

那几个月真的是到了一种自我怀疑的程度，但比较庆幸的是我们是一个大团队，很多人都是在互相扶持、互相鼓励。包括我们首席科学家王贻芳院士。他每次去现场，也会爬到这个大球上，跟我们一起讨论，一起想办法解决问题。

最后终于，我们这个颇受质疑的大球建完了。

2024年12月18日，这是我比较难忘的一个日子，我们探测器终于建设完成了。随后我们就开始启动液体灌装。当看到水从池底涌到探测器这个地方的时候，我们特别激动。

但这个灌装并不是结束，真正对探测器的考验才刚开始。

因为我们整个探测器灌注分两个阶段。第一个阶段是内外都灌超纯水；第二个阶段是把里头的超纯水用我们生产出来的纯净液闪给它置换掉。

在这个过程中，这个球的受力是始终变化的。当整个液体闪烁体把水置换完的时候，这个球的受力达到一个最大的值，就是3000吨的浮力。

我们当初设计的时候，为了省钱，选择水而不是白油（矿物油）作为外层的屏蔽层。但换成水后，因为里面的液体比外面的水轻，球体承受了很大的浮力，给我们的工作带来了很大的困难。

这8个月特别揪心，在灌注的期间你要天天盯着数据看，每天开例会都会不停地被问到：这个感力变了没有？温度稳定吗？氡含量有没有超标？液闪质量合不合格？一直在担心这些问题。

终于在2025年8月22日的时候，我一个同事特别开心跟我说：马老师我拍到了现场的彩虹，特别漂亮。我当时就在想，今天应该是个好日子，一定有好事发生。

就在当天晚上10点12分的时候，我们的探测器顺利地完成了灌注。我就跟他说：“真的一切都是那么刚刚好。”

经过了三天的刻度校准，在8月26日的时候，探测器正式进入了运行。我们把战场交给了物理分析的团队。团队的一个老师说：“工程团队都拼了这么多年了，我们团队也得接力再去拼这个速度。”

物理分析的一个难点就在于什么呢？因为每天都有1.4×1018个中微子穿过探测器，这是相当大的一个量级，但是能够跟探测器发生反应、留下点蛛丝马迹的就几十个。

我们物理分析团队如果要在海量的数据中去找出来这几十个中微子，那就要有正确的方法去做筛选，去做判断。那几个月的物理分析团队办公室，几乎都是通宵亮着灯，据说他们都是排班接力在跑程序。

这个照片是我们一个做分析的学生的工位。我那天去的时候看到他电脑显示器上放了好多可爱的小鸭子，下面还有好多小手办。

他告诉我，师兄师姐每次毕业的时候，就会把他们的小鸭子放在他这，所有毕业的都会放在他这。我说其实师兄师姐留下的肯定不是这些小鸭子，他们留下的是自己没有看到的这个实验结果，他们留下的是他们的心愿，还有一份执念

其实这个有机玻璃球也是好多人的一个执念。左边这个照片就是做有机玻璃球的一个技术人员，他在做最后一次检查时趴到球上。中间这个图是我们发表第一篇物理文章的时候用的一个图。当时我检查这个图的时候，其实没有发现上面趴了一个小人。

在发布会那天，我们团队一个俄罗斯的物理学家跑过来问我，他说你有没有发现我在你那个图上加了一个小人？我一看，好有意思。于是我就把这个图发给这个技术人员，他说：我看到了，那个小人是我。

这个球真的是承载了太多太多的执念。确实是这样的，经历过的人才懂。

就这么经过了十几年非常漫长又非凡的历程。2026年1月18日，在实验有了一些回响的时候，我们开了一次工程建设的总结会。在这个会上，好多老总发言时都特别开心，也特别自豪。他们说我们做到了，我们没有给中国的企业抹黑。但是在会后，他们接受采访的时候，一提到这个研制过程，很多人就绷不住了，尤其是有机玻璃球公司的老总。

他当时就泪如雨下，他说：“我经历过一段非常迷茫和非常恐慌的日子，那段时间真的是太崩溃了。”但是情绪缓过来以后，他又特别开心地跟我们说：“做完你们这个大项目，经过历练以后接了好多国外的单，还有意大利的实验团队都来找我合作。”

我想其实这也是基础研究对国家、对社会的一种回馈和贡献吧。但说真的，我们的确很难跟大家讲清楚基础研究到底在做一件什么样的事情。

这张照片是我们的一个工人，他在我们下井的小火车上捡到了一个关于我们实验的宣传页，他就认真地打着手电看了一路。

我想其实很多人也都想知道，这么多人到底在做一件什么样的事情，这个实验到底是什么？

有一天，经常给我们送货的货车司机——一个20多岁的小伙子，站在井口问我：“老师你们研究的到底是什么东西，中微子到底是什么？”

我当时脑子里闪过很多答案，我想说：“中微子是组成物质世界的基本粒子；中微子不带电；中微子特别轻；它能穿透地球......”可我想了半天，这些答案可能都不是他想听的。于是我就把这个问题发微信给曹老师。我说曹老师如果是你，你怎么回答？结果曹老师作为一个研究中微子几十年的研究员，他也不知道怎么回答。他又把这个问题抛给了微博，很有意思。

但是在跟工人聊天的时候，他说虽然我不知道你们到底在研究什么，但是我觉得这一定是一件很值得骄傲的事情。不光我自己，我们的家人都跟着我特别骄傲。

再有一次，我们在现场给工人做科普讲座的时候，我一个同事说了一段话，我觉得说得特别好。这段话让我觉得我们真的是在做一件特别特别浪漫的事情：“我们在地下700米拥有一片属于我们自己的浪漫‘星空’。”

我们还有一个愿望，就是希望我们的研究能给更多的人心里边埋下科学的种子。

我们实验基地也有一些中学生会去参观，参观完以后他们会给我们留言。好多人都表示，长大了以后也要从事科学研究的工作。右边这个图特别可爱，这个小朋友提到他特别喜欢我们的歌，说很好听。他提的歌是什么呢？就是我们团队每年年底都会做一个年度视频，会自己创作一首原创歌曲。

他说的这首歌是我们2024年度的一首歌。因为当时有一些自媒体报道老说我们中微子是不是“阿飘”啊，说科学家是不是在地下700米在抓鬼呀。那会儿这种说法很多，我们就根据这个情况，做了一首Rap歌曲——《别叫我幽灵》。

大家看这张照片，它是一片稻田，在我们实验室旁边的一个小村子里。有没有注意到上面有四个字母，是我们实验的名字JUNO。

当时是我们去割的，我们骑自行车去稻田里头，借着农民的镰刀去割了这样的名字。我特别喜欢这张照片，是因为它充满了收获的味道。

经历了十几年的建设，我们的实验可以说是真的做到了“既要又要还要”。我们的经费只有美国的1/7，日本的不到一半。但我们建成了首个国际新一代的最大规模的、最高精度的中微子探测器，比日本、美国同类实验的计划要超前3到8年。

我们JUNO工程建设的故事，可以说是结束了，但是我们科学的收获才刚刚开始。

谢谢大家。

来源：格致论道讲坛微信公众号