国之重器——江门中微子实验

xinwen.mobi · 发表于 2025-11-20 17:57:35

国之重器——江门中微子实验，用“中国精度”重新审视宇宙法则
地下700米深处，一个耗时十年打造的“宇宙侦查仪”已经开始捕捉来自太阳、超新星和核反应堆的幽灵粒子——中微子。

在广东省江门市地下700米的深处，一座耗资巨大、历时十年建设的科学装置正在悄然改变人类对宇宙的认知。

这里就是江门中微子实验（JUNO）基地，一个位于花岗岩地层深处的世界级科研设施。

2025年8月26日，这座大科学装置正式运行取数，而仅仅两个月后的11月19日，中国科学院高能物理研究所就发布了它的首个重大科研成果——以超越以往1.5到1.8倍的精度测量了太阳中微子振荡参数，证实了“太阳中微子偏差”的存在。

01 什么是中微子？
“可以把它理解为一种‘幽灵粒子’，能轻易穿透地球和人体，却几乎不留痕迹。”中国科学院院士、江门中微子实验项目经理王贻芳这样解释。

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。

它无处不在却又“神出鬼没”，几乎不与任何物质发生反应。

有人形象地比喻，伸出手的瞬间，就有数以亿计的中微子穿行而过。

中微子共有三种类型：电子中微子、缪子中微子和陶子中微子，它们就像是组成粒子物理世界的“三兄弟”。

02 太阳中微子失踪之谜
科学家们曾长期困惑于一个现象：从太阳发出的中微子，竟有三分之二在抵达地球前神秘失踪。

直到深入研究后才揭晓谜底：中微子在漫长的太空旅行中会悄然互换身份。

然而，解开旧谜题的同时，新疑点随之浮现。

当科学家对比来自太阳与核反应堆的中微子时，惊讶地发现它们的“变身规律”并不一致。

这被称为“太阳中微子偏差”。

就像两位目击者对同一事件的描述出现矛盾，暗示着要么我们对太阳内部的认知存在盲区，要么中微子本身还隐藏着更深的秘密。

03 江门中微子实验的宏大设计
江门中微子实验装置的核心是一个巨大无比的地下探测器。

其有效质量达2万吨的液体闪烁体探测器被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、数万只光电倍增管等关键部件。

这些光电倍增管，被科学家们亲切称为“黄金瞳”，能够看到中微子击中闪烁体时发出的微弱荧光。

这种亮度仅相当于手机屏幕亮度的百亿分之一。

04 选址背后的科学智慧
江门中微子实验装置的选址极具科学智慧。

它位于阳江核电站和台山核电站约53公里外的打石山地下。

53公里的距离是经过精确计算的理想观测位置，因为当反应堆总功率越高，中微子通量就越大，越有利于实验积累数据。

为什么要把实验室建在地下700米深处？

中国科学院高能物理研究所研究员衡月昆解释：“由于地质的原因，探测器建的地方要在一个完整的花岗岩结构上”。

而700米厚的岩石层可以把地球外的带电粒子降低到十万到二十万分之一，使实验免受干扰。

05 突破性的首个科研成果
2025年11月19日，中国科学院高能物理研究所宣布了江门中微子实验的首个重大科研成果。

科研人员分析了8月26日装置正式运行到11月2日之间共59天的反应堆中微子数据。

以前，科学界用太阳中微子和核反应堆中微子两种方法测量的结果有大约1.5倍的标准偏差。

江门中微子实验以超越以往1.5到1.8倍的精度证实了这个偏差仍然存在。

这一突破性成果表明，江门中微子探测器关键性能指标全面达到或超越设计预期，装置已准备好开展中微子物理前沿研究。

06 未来展望与科学意义
江门中微子实验最主要的科学目标是解决粒子物理学领域未来十年内的一个重大问题：中微子的质量顺序，即搞清楚三种中微子中哪个最重、哪个最轻。

“我们研究中微子，本质上是一种对自然规律的纯粹探索。从长远来看，其价值是无法估量的。”

中国科学院高能物理研究所所长、JUNO副发言人曹俊表示，

“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。”

江门中微子实验的设计使用寿命为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。

升级后，该装置将探测中微子绝对质量，检验中微子是否为马约拉纳粒子。

JUNO副发言人、意大利科学家乔阿基诺·拉努奇评价道：“这个由全球科学家共同建造的最先进探测器，将在未来几年主导中微子物理学领域，并提供精确度极高的结果。”

从看不见摸不着的“幽灵粒子”，到一步步揭开神秘面纱，江门中微子实验室是通向未知宇宙的一扇新窗口。

它正用“中国精度”重新审视宇宙法则，这场持续半个多世纪的科学探索正在由中国科学家续写新的篇章。

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