地下700米捕捉“幽灵粒子”

　　国之重器看广东

　　文、图/广州日报全媒体记者黄文生 通讯员刘悦湘（除署名外）

　　昨天8时，江门中微子实验（JUNO）成功完成2万吨液体闪烁体灌注，并正式运行取数。经过十余年的准备和建设，JUNO成为国际上首个建成的下一代大型中微子实验装置。JUNO在试运行期间首批获取的数据显示，其探测器关键性能指标全面达到或超越设计预期，这使JUNO能够着手解决粒子物理学领域未来十年内的一个重大问题：中微子质量排序。

　　打开一扇通向未知宇宙的新窗口

　　JUNO探测器位于江门开平市地下700米处，可以探测53公里外阳江核电站和台山核电站产生的中微子，并以前所未有的精度测量它们的能谱。与国际同类实验相比，JUNO对质量顺序的测定不受地球物质效应和其他未知中微子振荡参数的影响，并将显著提高6个中微子振荡参数中的3个参数精度。JUNO实验使科学家们能够对来自太阳、超新星、大气和地球的中微子开展前沿研究，并将开启探索未知物理的新窗口，包括对不活跃中微子和质子衰变的搜寻。

　　JUNO的核心探测器为有效质量达2万吨的液体闪烁体探测器（中心探测器），安置于地下实验大厅44米深的水池中央。直径41.1米的不锈钢网壳作为主支撑结构，承载了包括35.4米直径的有机玻璃球、两万吨液体闪烁体、两万只20英寸光电倍增管、两万五千只3英寸光电倍增管以及电缆、防磁线圈和隔光板等众多关键部件。遍布探测器内壁的光电倍增管协同工作，探测中微子与液闪相互作用产生的闪烁光，并将其转换为电信号输出。

　　JUNO合作组发言人王贻芳表示：“完成JUNO探测器灌注并开始运行取数，是一个历史性的里程碑。这是国际上首次运行这样一个超大规模和超高精度的中微子专用大科学装置，将使我们能够回答关于物质和宇宙本质的基本问题。”

　　JUNO总工程师马骁妍表示：“建设JUNO是一段充满非凡挑战的旅程。这不仅需要新的想法和技术，还需要多年的精心规划、测试和坚持。满足材料纯度、稳定性和安全性等严格要求，需要数百名工程师和技术人员的奉献。”

　　据介绍，中微子是构成物质世界的基本粒子之一，也是宇宙中最古老、数量最多的粒子，从宇宙大爆炸起就弥散在宇宙中，无处不在却又“神出鬼没”。直到1956年，人类才首次在核反应堆捕捉到中微子的踪迹。

　　从看不见摸不着的“幽灵粒子”，到一步步揭开神秘面纱，江门中微子实验将打开一扇通向未知宇宙的新窗口。

　　据了解，江门中微子实验由中国科学院高能物理研究所于2008年提出构想，2013年得到广东省人民政府的支持，2015年启动隧道和地下实验室建设，2021年12月完成实验室建设，2024年12月探测器主体建设完成。

　　由中国主导的重大国际合作项目

　　据了解，JUNO是一个中国科学院高能物理研究所主导的重大国际合作项目，成员涵盖来自17个国家和地区、74个科研机构的700名研究人员。JUNO副发言人、意大利米兰大学及国家核物理研究所（米兰）的Gioacchino Ranucci教授表示：“我们今天宣布的这一重要成就，也是得益于许多来自中国以外的研究团队的富有成效的国际合作，将此前液体闪烁体探测设施的专业知识带入JUNO，共同推动了该技术达到极限边界，为实验宏伟的物理目标开辟了道路。”

　　JUNO的设计使用寿命可达30年，后期可升级改造为世界最灵敏的无中微子双贝塔衰变实验。这样的升级将探测中微子绝对质量，检验中微子是否为马约拉纳粒子，从而解决粒子物理、天体物理和宇宙学的前沿交叉热点难题，并深刻影响我们对宇宙的理解。

　　建在哪？开平打石山

　　据介绍，宇宙中充斥着大量的中微子，而核反应堆中微子则是人工产生中微子的主要来源。阳江核电站和台山核电站，这两个核电站在核反应时会产生中微子。用一条直线将阳江核电站和台山核电站连起来，然后按照53公里为斜边画出一个等腰三角形，这个相交点就恰巧落在开平金鸡镇和赤水镇之间的打石山。

　　“距离核反应堆50多公里远，如果反应堆总功率越高，中微子通量就越大，对我们的实验积累数据就越好，这是一个物理的要求。”中国科学院高能物理研究所研究员衡月昆说。

　　有多深？地下700米

　　据介绍，为了减少宇宙射线对江门中微子实验的干扰，实验厅需建在地下700米深处。施工有多难？施工人员要在坚硬的花岗岩中开辟出1266米的斜井、564米的竖井，横跨49.5米、高71米的实验厅及附属硐室。

　　衡月昆说：“实验室处于江门开平市打石山，其高度大概是海拔270米，但我们需要700米（的深度），所以我们得往地下至少挖430米，这样才能达到700米的覆盖层。”