工人在江门中微子实验中心探测器不锈钢网架上施工（2024年10月10日摄）。 新华社记者 金立旺 摄 建设中的江门中微子实验中心探测器 新华社记者 金立旺 摄 8月24日江门中微子实验探测到的一个反应堆中微子事例示意图。 新华社发（JUNO合作组供图） 8月26日，科研人员在江门中微子实验运行控制室共同操作启动物理取数。新华社发（刘悦湘 摄） 地下700米，广东江门的一处静谧山体深处，一个直径超35米的有机玻璃球正静静捕捉来自宇宙的“幽灵粒子”——中微子。8月26日，江门中微子实验（JUNO）正式运行取数。这座历时十余年建设的重大科学设施，将着手解决粒子物理学领域未来十年内的重大问题之一：中微子质量排序。 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”，几乎不与任何物质发生反应，导致人们不仅看不到，就连探测也十分不易。 广泛存在于物质世界中 在粒子物理学中，科学家一致认为，构成物质世界最基本的粒子有12种，包括6种夸克(上、下、奇异、粲、底、顶)，3种带电轻子(电子、缪子和陶子)和3种中微子(电子中微子、缪中微子和陶中微子)。 中微子不带电，质量非常轻，小于电子的百万分之一，以接近光速运动，不过光在星际传播过程中，由于引力或者星际尘埃会转弯，而中微子不会。中微子几乎不与任何物质发生反应，只参与非常微弱的弱相互作用。 中微子还有一个非常重要的特性，那就是具有极强的穿透力。打个比方，我们的地球直径约为12700多公里，而中微子可以毫无阻挡的穿过地球，不会受海水和地层的阻挡，也无法干扰、拦截和破解，因此中微子的检测非常困难。在所有基本粒子中，人们对中微子了解最少，所以中微子又被称为“幽灵粒子”。 我们的宇宙中充斥着大量的中微子，大部分为宇宙大爆炸的残留，大约为每立方厘米300个。科学家普遍认为，广泛存在于物质世界中的中微子，就包含了反物质世界的重大信息。 其实，我们地球本身也会发出中微子，而这些中微子的构成与我们现在看不到的结构有关系。 中微子是宇宙形成之初就存在的最古老也最原始的基本粒子，携带着非常多重要的神秘信息，研究中微子对于认识宇宙和我们现存的世界物质都具有非常重要的意义，也是国际最前沿的基础科学。 江门中微子实验2013年立项，2015年开工建设地下实验硐室，2021年底，地下硐室交付使用并开始探测器安装。目前，江门中微子实验中心探测器最内层的有机玻璃球已合拢，外层的不锈钢网架和光电倍增管也在有序合拢中，预计11月底完成全部安装任务，并启动超纯水、液体闪烁体的灌装，2025年8月正式运行取数，预计运行约30年。 作为我国大科学工程建设在粤港澳大湾区的重大布局，江门中微子实验以测量中微子质量顺序为首要科学目标，同时也将深入研究大气中微子、太阳中微子、地球中微子、超新星中微子等。 通向未知宇宙的新窗口 直到1956年，人类才首次在核反应堆捕捉到中微子的踪迹。从那时起，中微子就成为物理学研究的重要课题，但仍有诸多未解之谜。中微子就像宇宙留给人类的一道谜题。早在2003年，我国便论证设计了第一代中微子实验装置——大亚湾中微子实验。如今，江门中微子实验接过了接力棒。它不仅要解答中微子质量排序问题，还将以更高精度测量中微子振荡参数，并涉足超新星、地球中微子、太阳中微子等研究。 江门中微子实验的探测器核心是一个装载2万吨液体闪烁体的有机玻璃球，外壁镶嵌着数万只光电倍增管，一旦有中微子与之发生反应，就会发出微弱的光信号——这些信号将被放大、记录、分析，如同在深海中倾听宇宙的低语。建设如此高精度的探测器，每一步都是挑战。江门中微子实验总工程师马骁妍介绍，项目团队在45天内完成6万多吨超纯水的灌注，将内外有机玻璃球的液位差控制到厘米量级，流量偏差不超过0.5%，有力保障了探测器主体结构的安全稳定。 “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。”中国科学院院士、江门中微子实验首席科学家王贻芳说。江门中微子实验由中国科学院高能物理研究所牵头，合作组包括来自17个国家和地区的约700名研究人员。从看不见摸不着的“幽灵粒子”，到一步步揭开神秘面纱，江门中微子实验是通向未知宇宙的一扇新窗口。按计划，江门中微子实验设计使用寿命可达30年，后期可升级改造为无中微子双贝塔衰变实验，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。 中微子发现史 1930年 沃尔夫冈·泡利最早提出中微子理论，以解释衰变的能量、动量、角动量守恒。 1942年 王淦昌首次提出了使用反贝塔衰变捕获来探测中微子。 1965年 一个实验小组在南非博克斯堡附近的东兰德金矿三千米深处的腔室中首次发现了自然界中的中微子。 1975年 斯坦福线性加速器中心发现第三种轻子，人们预计它也有一个相关的中微子。 1998年 日本超级神岗实验以确凿证据发现中微子振荡现象。 2000年 费米实验室宣布检测到了中微子的相互作用。 2001年 加拿大SNO实验证实失踪的太阳中微子转换成其他中微子。 2002年 日本KamLAND实验用反应堆证实太阳中微子振荡。 2003年 日本K2K实验用加速器证实大气中微子振荡。 2012年 大亚湾中微子实验国际合作组发言人、中科院高能物理研究所所长王贻芳在北京宣布，大亚湾中微子实验发现了一种新的中微子振荡，并测量到其振荡几率。该发现被认为是对物质世界基本规律的一项新的认识，对中微子物理未来发展方向起到了决定性作用，并将有助于破解宇宙中“反物质消失之谜”。 （本报综合）