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2025-09-19 1
在广东江门开平市的一处山坳地下700米处,藏着一个能“捉鬼”的大国重器,江门中微子实验探测器(JUNO)。
2025年8月26日,这个由中国科学家主导、17个国家科研人员参与,耗时10年建成的“地下”球型装置正式运行取数,它要抓的“鬼”,正是物理界号称“幽灵粒子”的中微子,有网友感叹道:原来科学的尽头还是鬼神。
中微子这东西,确实像极了“阿飘”:在空气中看不见、摸不着,能任意穿越物体,还几乎不与物质发生作用。
每秒有3亿亿个太阳中微子穿过人的身体,人体内因钾-40衰变每天也会产生4亿个中微子,可它个头极小,早年甚至被认为是没有质量的“逆天”粒子,想捕捉到它难度极大。
不过,科学家们也不是毫无办法,JUNO就是专门为“捉”它而生的。
从规模上看,JUNO堪称“世界之最”。
这个与外界隔绝的球型探测器直径35.4米,放在深44米的水池中央,“外壳”由4.5万只被称作“黄金眼”的光电倍增管组成,远看就像地底有颗散发黄色光芒的恒星。
这些“黄金眼”能把光信号转换成电信号,供科学家分析中微子。
为了让难捕捉的中微子尽快“现身”,探测器内部还灌注了2万吨液体闪烁体,规模是美国同类型中微子实验室的1667倍,是目前全球最大的中微子探测器,代表着中国在高能物理领域的最高水平。
但别以为装置规模大就万事大吉,JUNO的目标可不是简单“捉”到中微子,而是要完成一个对物理界来说难度极高的任务,找到中微子的质量排序。
这事儿有多重要?要知道,中微子的性质和宇宙起源、演化息息相关。就像项目牵头人、首席科学家王贻芳说的,中微子质量要是为0,宇宙大爆炸后密度不同的结构就不可能存在,银河系、太阳系也就无从谈起。
而且,中微子还可能是解开“反物质消失”谜团的关键。宇宙大爆炸初期产生了数量相当的正物质和反物质,可现在宇宙里几乎只剩正物质。
科学家推测中微子参与的弱相互作用可能导致了这种不对称,而搞清楚中微子质量排序,能为解开这个谜团提供重要线索。
不过,JUNO从立项到运行,可不是一路顺畅。过去10多年里,质疑声就没断过。
有人疑惑,花这么大人力物力搞这么个“世界之最”,要是出不了颠覆物理学的成果,甚至换不来相关的诺贝尔物理学奖,值吗?
可中国科学家的态度很明确:在科学分析和论证的基础上,最大程度坚持自己。这种坚持,在王贻芳身上体现得淋漓尽致。
早在上世纪末,王贻芳就在欧洲核子研究中心、麻省理工大学等顶尖机构工作,2001年他选择回国研究当时国内少有人涉足的中微子。
2003年冬天,他提出大亚湾中微子实验方案,想在深圳大亚湾核电站旁建地下实验室,测量中微子混合角θ13,可反对声贯穿了整个项目周期。
开筹备会时,不少人说“做不成”,连施工队都觉得隧道太复杂挖不了。但他没放弃,最终团队在大亚湾实验室取数55天后,就以5倍标准偏差(对应99.999943%的置信度)发现了第三种中微子振荡模式,成果还入选了《科学》杂志“年度十大科学突破”。
这次建江门中微子实验室,难度更大,探测器规模是大亚湾的200倍,建在地下700米,施工时遇到过每小时500吨地下水涌出的难题,还得应对地下密闭环境里有害的氡气。
更麻烦的是,探测器需要大量光电倍增管,早年日本公司放话“中国人做不出来”,王贻芳团队就花11年自主研发出20英寸高性能光电倍增管,不仅打破垄断,还把成本降到进口的四分之一。
有人问,花这么多时间精力研究中微子,要是最后发现没实际用处怎么办?王贻芳的回答很实在:“科学如果在开始发现之前,你就承诺说一定能发现什么粒子,那么这个发现一定不会特别重大。”
在他看来,高能物理实验的核心在于思想和设备设计,只要设备做好了,该有的发现总会来。而且江门中微子实验室设计运行目标是30年,后期还能升级成世界最灵敏的无中微子双贝塔衰变实验室,给更多研究留空间。
现在,JUNO已经正式开始“捉鬼”,它能不能解开中微子质量排序的谜题,能不能为探索宇宙奥秘提供新线索,还需要时间来验证。
但可以肯定的是,这个藏在广东地下700米的大国重器,正带着中国科学家的坚持与探索精神,朝着人类认知的未知边界不断迈进。
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