又一大國重器“正式上線”！江門中微子實驗，究竟在做什麽？

作者：閱讀：290次　發布時間：2025-09-15 09:31:35

【導語】編者按：“工欲善其事，必先利其器。”前沿科技探索離不開強大科研設施支撐，我國諸多長期運行的大科學裝置便是國之利器。8月26日，廣東江門地下700米傳來喜訊，中國江門中微子實驗（JUNO）成功完成核心探測器2萬噸液體閃爍體灌注並正式運行，旨在研究中微子質量排序問題。中微子為何神秘？實驗裝置如何設計？又能帶來哪些科學突破？讓糖心免费视频走進江門中微子實驗，揭開“幽靈粒子”的神秘麵紗。

編者按：“工欲善(shàn)其(qí)事(shì)，必(bì)先(xiān)利(lì)其(qí)器(qì)。”前(qián)沿(yán)科(kē)技(jì)的(de)探(tàn)索(suǒ)，離(lí)不(bù)開(kāi)強(qiáng)大(dà)科(kē)研(yán)設(shè)施(shī)的(de)支(zhī)持(chí)。在(zài)我(wǒ)國(guó)，就(jiù)有(yǒu)許(xǔ)多(duō)這(zhè)樣(yàng)長(zhǎng)期(qī)運(yùn)行(xíng)的(de)大(dà)科(kē)學(xué)裝(zhuāng)置(zhì)，它(tā)們(men)是(shì)現(xiàn)代(dài)科(kē)技(jì)取(qǔ)得(de)突破的必要條件，也是具有重大戰略意義的國之利器。本係列文章將為你揭開大科學裝置的神秘麵紗，帶你走進它們背後的科學與故事。

8月26日，廣東江門附近700米深處的地下傳來好消息：經過十多年的精心準備和建設，中國江門中微子實驗（JUNO）終於成功完成了核心探測器2萬噸的液體閃爍體灌注，正式開始運行。它的使命，是用於研究宇宙中最神秘的“幽靈粒(lì)子(zi)”——中(zhōng)微(wēi)子(zi)的(de)質(zhì)量(liàng)排(pái)序(xù)問(wèn)題(tí)。

那(nà)麽(me)，究(jiū)竟(jìng)什(shén)麽(me)是(shì)中(zhōng)微(wēi)子(zi)，我(wǒ)們(men)又(yòu)是(shì)怎(zěn)麽(me)探(tàn)測(cè)它(tā)的(de)呢(ne)？今(jīn)天(tiān)，就(jiù)讓(ràng)我(wǒ)們(men)走(zǒu)進(jìn)大(dà)科(kē)學(xué)裝(zhuāng)置(zhì)的(de)第(dì)一(yī)站(zhàn)——江(jiāng)門(mén)中(zhōng)微(wēi)子(zi)實(shí)驗(yàn)，來(lái)一(yī)探(tàn)究(jiū)竟(jìng)吧(ba)！

01看(kàn)不(bù)見(jiàn)的(de)“幽(yōu)靈(líng)粒(lì)子(zi)”

這(zhè)項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的(de)主角(jiǎo)——中(zhōng)微(wēi)子是一種非常(cháng)有(yǒu)趣(qù)的(de)粒子，它和糖心免费视频所熟悉的電子、誇克類似，都是組成物質的基本粒子。這裏的“基本”表明，在糖心免费视频現在的物理學體係裏麵，它們都是不可分割的。但是，比起這幾種糖心免费视频熟悉的粒子，中微子的存在更難被探測到，它也有著更多神秘的性質。

中微子的發現，來自於一種原子核反應——β衰變。一些放射性原子核內的中子，會釋放出電子，然後自己轉化為一個質子。但是在這個過程中，有一些能量卻“不翼而飛”了。因此，應該還有一種難以探測的粒子，“偷走”了一部分能量。這個“小偷”就是後來人們發現的中微子。

β衰變示意圖

其中最小的白色粒子是一個反電子中微子

來源：維基百科

“中”和“微”代表著，它是一種中性的，很小的粒子。中性，就是說它不帶電荷，所以它不會與物質中的電子反應，也不會受到電磁場的影響。

而它的“微”更讓人難以想象。對於原子核外的電子，你是否已經覺得它“很(hěn)輕(qīng)很(hěn)輕”了？現在，科學家們雖然還不能具體地確定中微子的質量，但已知的中微子的質量上限，還要比電子再輕一百萬倍。

這樣中性而微小的粒子，可以筆直地穿過遙遠的宇宙空間，也可以筆直地穿過地球、穿過糖心免费视频的身體……就在此時，數萬億個中微子正在穿過糖心免费视频，但它們絲毫不會被糖心免费视频察覺，也不會對糖心免费视频產生危害。

中微子可以輕易地穿過地球

也不會受電荷的影響

來源：超級神岡實驗官網

那麽，中微子又是從哪裏來的呢？它們主要來自於弱相互作用力相關的核反應。離糖心免费视频最近的恒星：太陽，就是一個這樣巨大的中微子來源。除此之外，還有超新星爆發、宇宙射線與地球大氣的碰撞、地球內部的放射性衰變等等，都能夠“生產”中微子。所以，中微子還是一個優秀的“信使”，為糖心免费视频帶來關於超新星、關於宇宙、關於(yú)地(de)球(qiú)內(nèi)部(bù)結(jié)構(gòu)的(de)消(xiāo)息(xi)。

不(bù)同(tóng)來(lái)源(yuán)的(de)中(zhōng)微(wēi)子(zi)與(yǔ)它(tā)們(men)的(de)能(néng)量(liàng)分(fēn)布(bù)

來(lái)源(yuán)：費(fèi)米(mǐ)國(guó)家(jiā)實(shí)驗室

除了這些自然界中存在的反應，還有人工製造中微子的方法：來自加速器中的高能粒子碰撞，或者來自核反應堆中的核裂變。核反應堆產生的中微子能量較低，但數量龐大。比如，每天為糖心免费视频的生活提供電力的核電站，它就有一個隱藏的“斜杠身份”——一座穩定輸出的“中微子工廠”。

02大山深處的“水晶球”

江門中(zhōng)微(wēi)子(zi)實(shí)驗(yàn)的(de)裝(zhuāng)置(zhì)，主要捕獲的就是來自核電站的中微子。為了做到這一點，它的位置可不是隨便選的。

它距離中微子源——廣東陽江和台山的兩座核電站都是53公裏，對於這項實驗的科學目標：測量中微子的質量順序來說，恰好處於合適的距離範圍。而且，這裏又在大山深處，有了厚重山體的保護，再加上深埋地下，它就能夠屏蔽宇宙射線的幹擾，收集到分辨率更高的中微子數據。

用於收集數據的核心裝置，是一個直徑為35.4米的有機玻璃巨大“水晶球”，安裝在用於屏蔽幹擾信號的水池中央。在這個球內部，填充有有效質量2萬噸的液體閃爍體。液體閃爍體的主要成分是線性烷基苯，這是一種無毒無害的有機物，也是糖心免费视频日用洗滌劑的主要原材料。

安裝過程中的中心探測器

來源：JUNO官網

中微子這樣來無影去無蹤的粒子，在經過這些液體閃爍體時，卻有可能留下蛛絲馬跡——一些微弱的光。這些光(guāng)會(huì)被(bèi)傳(chuán)到(dào)玻(bō)璃(lí)球(qiú)外(wài)層(céng)的(de)“火(huǒ)眼(yǎn)金(jīn)睛(jing)”——光(guāng)電(diàn)倍(bèi)增(zēng)管(guǎn)上(shàng)。

為(wèi)了(le)JUNO實(shí)驗(yàn)裝(zhuāng)置(zhì)的(de)建(jiàn)設(shè)，我(wǒ)國(guó)的(de)科(kē)學(xué)家(jiā)們(men)聯(lián)合(hé)企(qǐ)業(yè)，成功研製並量產了 20英寸微通道板型光電倍增管。它們可以將微弱的光成倍地放大，轉化為可以被探測到的電信號。這就是JUNO裝置探測中微子的基本方法。

這樣精妙的設計，大型的工程，可不是一蹴而就的，它凝結了科學家們十多年的心血。從2008年中國科學院高能物理研究所提出構想，到2013年獲得國家和地方政府的大力支持，再到2015年啟動地下實驗室建設，每一步都充滿挑戰。

好在，功夫不負有心(xīn)人(rén)，科(kē)學(xué)家(jiā)們(men)的(de)努(nǔ)力(lì)終(zhōng)於(yú)取(qǔ)得(de)了(le)收(shōu)獲(huò)。JUNO在(zài)試(shì)運行期間首批獲取的數據顯示，其探測器關鍵性能指標全麵達到或超越設計預期，它的能量分辨率也達到了國際領先的水平。

03這一次，糖心免费视频能知道什麽？

江門中微子實驗的主要目標，是用於解答中微子的“質量順序問題”，這又是什麽意思呢？

這涉及到中微子的另一個奇特性質：中微子振蕩。

用通俗的話說，這就像中微子對外有三種“身份”，而且這三種“身份”在傳播的過程中還可以互相轉換。這本質上的原因是，每個中微子的外在“身份”，都是由三個“內在人格”按照不同比例組合而成的。

中微子的“外在身份”

就好像穿著不同的衣服，可以改變

來源：Syracuse University

這三個“內在人格”，就是中微子的“質量本征態”，它們各自有著非常小的質量，但又有著細微的差異。因為這微小的質量差異，在一個中微子“出發”之後，它的三個“內在人格”跑起來的步調卻不太相同，導致了在不同的時刻，這三者出現的比例也有多有少。在表麵上看，就好像是中微子在不停地“切換身份”一樣。

那麽，這三個質量分別是多少？很可惜，現在還沒有實驗能測定出一個精確的值。現在人們隻知道，質量1和質量2之間的差距並不大，但是和質量3相差卻很大。所以，這裏就存在兩種可能性：

兩種中微子質量順序

來源：JUNO Collaboration / JGU-Mainz

一種可能是質量3比質量1和2都大不少，科學家把它命名為“正常質量順序”，另一種則是質量3比質量1和2都小，這種就叫做“反常質量順序”。到底哪一種是對的呢？這就是中微子研究領域中十分重要的下一步，也就是“質量順序問題”。它正期待著江門的全新實驗裝置為糖心免费视频解答。

以上，就是江門中微子實驗的(de)“主線(xiàn)任(rèn)務”，不過，這樣好的探測器，當然還要更加地“物盡其用”。

所以，它還有許多“支線任務”：探測來自大氣、太陽、超新星以及地球內部的其他中微子。這使它不僅能在粒子物理領域做出重大貢獻，還有可能對宇宙學、天體物理、乃至地球物理都做出貢獻。在這個(gè)探測器30年的使用壽命結束之後，它還可以繼續升級改造，用於探索中微子領域的其他問題。

04結語

看到這裏，你是不是對江門的中微子實驗多了一些了解呢？不過，如果你覺得自己還是對中微子十分陌生，其實也沒有關係。因為，它就是這樣一種神秘的粒子，即使是科學家們，對它的認識也還有著許許多多的困惑。

不過，正是因為在它身上還有這麽多的謎團，它才吸引了全球這麽多的科學家為它努力。或許其中任何一個謎團的解答(dá)，都(dōu)會(huì)成(chéng)為(wèi)打(dǎ)開(kāi)新(xīn)物(wù)理(lǐ)大(dà)門(mén)的(de)一(yī)把(bǎ)鑰(yào)匙(shi)。期(qī)待(dài)未(wèi)來(lái)，中(zhōng)國(guó)科(kē)學(xué)家(jiā)的(de)成(chéng)果(guǒ)能(néng)夠(gòu)為(wèi)這(zhè)個(gè)領(lǐng)域再(zài)添(tiān)上(shàng)濃(nóng)墨(mò)重(zhòng)彩(cǎi)的(de)一(yī)筆(bǐ)！

參(cān)考(kǎo)資(zī)料(liào)：

1、http://www.cas.cn/syky/202508/t20250825_5080313.shtml

2、http://www.ihep.cas.cn/dkxzz/juno/

3、張(zhāng)端(duān)明(míng). 中(zhōng)微(wēi)子(zi) [M]. 石(shí)家(jiā)莊(zhuāng): 河(hé)北(běi)科(kē)學(xué)技(jì)術(shù)出(chū)版(bǎn)社(shè), 2019.

4、http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/sk/neutrino/about/

5、http://neutrinos.fnal.gov/types/energies/

6、陳(chén)少(shǎo)敏(mǐn). 後(hòu)中(zhōng)微子振蕩發現的實驗進展與展望[J]. 物理, 2017, 46(1): 1-11. DOI: 10.7693/wl20170101

7、倪思潔. 地下700米的孤勇者[N]. 中國科學報, 2022-8-25.

8、汪曉蓮.粒子探測技術[M].中國科學技術大學出版社,2009.

9、http://www.symmetrymagazine.org/article/how-heavy-is-a-neutrino?language_content_entity=und

10、周順. 中微子質量的起源[J]. 現代物理知識, 2015, 27(6): 61-64.

11、http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/12/514920.shtm