在700米地下，与“宇宙幽灵”约会

时事 2024-12-28 16:53 北京

*本文为《半月谈》2024年第23期内容

为了揭开宇宙最深邃的奥秘，科学家把目光投向地下700米的地方。

在位于广东江门开平市的江门中微子实验大厅，从2013年立项至今，中国科学家花了11年时间设计、建造了一座位于地下700米的巨型探测器，用来捕捉有“宇宙幽灵”之称的中微子。

探测中微子，到底为何如此重要，又如此困难？

深入地下700米

从广东江门开平市区出发，驱车大约一个小时，一片坐落在青山中的建筑群映入眼帘。换乘简易罐笼，听着耳边金属碰撞发出的叮当声，5分钟左右可以到达位于地下700米的实验大厅。

一座大科学装置，为什么要建在如此偏僻的地方？为什么要把探测器放置在700米深的地下？

据大装置的“管家”——中国科学院高能物理研究所科研人员介绍，江门中微子实验的主要工作，其实是测量核电站反应堆的中微子振荡，核电站反应堆热功率越大，释放的中微子数目就越多，实验精度就越高，尤其是当实验装置距离核电站反应堆50至55公里时，中微子振荡出现极大值，对中微子质量顺序的测量最灵敏。江门中微子实验所在位置，距离附近的阳江核电站和台山核电站均为53公里，三地形成一个等腰三角形，这样就可以最大限度利用两个核电站的总功率。

放置在地下700米深处，则是出于“安静”的要求。科研人员说，由于地面上有很强的宇宙射线，会干扰对中微子的探测。700米的山体和岩层就相当于过滤器，可以大幅减低宇宙射线强度。

江门中微子实验的核心探测设备是一座巨型的液体闪烁体探测器，相当于13层楼高，探测器放置在地下实验大厅内一个44米深的池子中央，由直径41.1米的不锈钢网壳支撑。

如此庞大的探测器是如何工作的？关键就在于其内部放置的密密麻麻的光电倍增管。中国科学院高能物理研究所所长曹俊说，探测中微子主要依靠液体闪烁体和光电倍增管实现。液体闪烁体是探测中微子的介质，看上去和水差不多，但对纯度要求非常高。当外界的中微子进入到探测器内部，个别中微子与液体闪烁体发生作用，就会发出微弱的光，探测器内数万个光电倍增管负责把光信号转化成电信号，并将微弱的电信号放大1000万倍。电信号有了一定强度，科研人员就可以将其记录下来，利用计算机开展数据分析，探索中微子方有可能。

工人在安装中心探测器上的光电倍增管金立旺摄

解答70年未解之谜

说起来，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。理解中微子，也就是理解我们宇宙的历史。

然而，人们无法感知到身边无处不在的中微子。这是因为中微子质量非常轻，以接近光速的速度运动，更具有强大的穿透力，可以轻松穿过人体、地面、地球甚至是太阳。更重要的是，中微子几乎不与任何物质发生反应，导致人们不仅看不到中微子，就连探测它也非常不容易。

直到1956年，美国物理学家莱因斯和考恩首次探测到了核电站反应堆发出的中微子，中微子的存在终于得到证实。从那时起，中微子就成为了物理学的重要主题，相关成果4次获得诺贝尔奖。然而，近70年后，人们对中微子的性质仍然缺乏详细了解。

“中微子质量大小、起源、质量顺序、是否造成宇宙中物质与反物质的不对称等关键问题尚不明确。”中国科学院院士、江门中微子实验首席科学家王贻芳如是说。

王贻芳是我国中微子研究的领军专家，2001年开始领导我国的中微子实验。在他看来，建设先进的探测器，获取更精确的数据，是中微子研究的重点。早在2003年，王贻芳就牵头论证设计了我国第一代中微子实验装置——大亚湾中微子实验。2007年，该装置开工建设，2011年正式运行取数。2012年3月，科研人员依托大亚湾中微子实验，发现一种新的中微子振荡，并测得其振荡大小，该成果获得2016年度国家自然科学奖一等奖。截至2020年退役，大亚湾中微子实验将中微子振荡振幅的测量精度从2012年的20%提高到了2.8%。

而今江门中微子实验接过了“前辈”的接力棒。根据现有规划，江门中微子实验设计寿命是30年，预计在正式运行后的5到10年内完成测量中微子质量顺序这一最主要的科学目标。同时，科研人员也会投入测量中微子的振荡参数，把精度提高10倍左右，并涉足超新星、地球中微子、太阳中微子等研究。在2030年左右，科研人员将对探测器进行改造升级，使其能够测量中微子的绝对质量。

大科学计划催生多项国际领先技术

作为一个复杂而精密的大科学装置，江门中微子实验建设要求高、难度大，面临的挑战在国际上也是少见的，尤其从挖洞、设备安装，到调试、运行，全程在地下700米处进行，更关键的是，需要在长达30年的时间里确保探测器持续正常工作，这对于各项工程的要求到了近乎苛刻的程度。

“在建设江门中微子实验这一大科学装置过程中，科研人员在国产新型光电倍增管研制、高性能液体闪烁体研制、超大型高精度探测器设计制造等一系列前沿技术领域取得实质性突破，不仅满足了实验装置的建设需求，还推动了相关技术的国产化以及产业的发展，充分体现了大科学计划的牵引作用。”王贻芳说。

“江门中微子实验建成后将成为国际中微子研究的中心之一，与日本的顶级神冈中微子实验（Hyper-K）和美国的深部地下中微子实验（DUNE）形成中微子研究的三足鼎立之势，将使我国在中微子研究领域的国际领先地位进一步巩固。”王贻芳说。

半月谈记者：陈宇轩张泉

半月谈

“中华第一刊”《半月谈》官微，每天帮你分析政治、经济、商业大事，解读社会发展，品味人生百态，您的政经顾问，学习良师，生活益友。

最新文章

正音书院：留住闽南方言里的乡愁

研究显示我国大米越来越好吃了

品读·健康 | 打破常规，成功实现新年目标

还有十几天就出笔试成绩了！干等吃大亏!

抓校园食品安全，“校长陪餐”不能走过场

“直播电商+产业带”，为实体企业转型注入“加速度”

李石松被逮捕！

买手机、平板等数码产品，有补贴了！

证监会：依法严厉打击股市谣言

3年涌入3000万人次，千年郁孤台不再“孤单”

打卡 | 截至2024年底，我国高铁运营里程达到多少公里？

孩子反复呼吸道感染？该怎么办

2024年全国平均气温再创新高

有一种生活，叫旅居云南

我国2024年电影总票房为425.02亿元

品读 | 你是有“偷感”的人吗

公考面试必看！规范词的“巧用”秘籍

新一季“冰雪经济热”来袭，期待“尔滨”继续书写传奇

摇晃几下，瞬间炸开！保温杯泡枸杞怎么成了“炸弹”

康师傅获授全国首个航天专利方便面企业称号，开启食品科技新阶段

宁夏连续发生地震

今晚，油价调整

数字游民，成了乡村振兴“新势力”？

便宜了！平均降价63%

打卡 | 黄河流域海拔最高的水电工程是哪一个？

为基层减负，还有哪些“拦路虎”？

马龙、樊振东、陈梦退出世界排名，咋回事？

2025年放假日历！

美国汽车冲撞人群事件，最新消息→

杭州警方通报：李某跨年夜被控制

从撂荒坡到“花果山”，花牛何以“牛”

大熊猫老家发现新物种

品读 | 再一次踏上热爱的那片土地

申论对策题+面试综合分析题怎么答？标准答案来了！

《实施弹性退休制度暂行办法》发布

三部门相关司局负责同志就《实施弹性退休制度暂行办法》答记者问

“梦虽遥，追则能达；愿虽艰，持则可圆”

这就是今天早晨的天安门广场！

新华社2025年新年献词

品读 | 祝福新的一年万事如意！

温氏股份：打造共富产业链，助力乡村振兴

公考热点速递：冰雪经济

康师傅：坚守社会责任使命，共筑可持续发展未来

多部门发声，明年这些事要做！

国家主席习近平发表二〇二五年新年贺词！

步履不停，向健康出发！

中国乒协发布声明

鸿蒙：构筑数字安全屏障，助力新质生产力发展

风起云涌又一年：“AI革命”的进度条，走到哪儿了？

打卡！时政小测验

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉