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江門中微子實(shí)驗(yàn)中心探測器內(nèi)部的有機(jī)玻璃球及光電倍增管。中國科學(xué)院高能物理研究所供圖

8月26日，在廣東省江門市，我國新一代大型中微子實(shí)驗(yàn)裝置——江門中微子實(shí)驗(yàn)（JUNO）完成了2萬噸液體閃爍體灌注，并開始正式運(yùn)行取數(shù)。試運(yùn)行期間首批獲取的數(shù)據(jù)顯示，其探測器關(guān)鍵性能指標(biāo)全面達(dá)到或超越設(shè)計(jì)預(yù)期。這標(biāo)志著JUNO成為國際上首個(gè)運(yùn)行的超大規(guī)模和超高精度中微子專用大科學(xué)裝置。

“這是歷史性的里程碑，也是國際上首次運(yùn)行這樣超大規(guī)模和超高精度的中微子專用大科學(xué)裝置，將使我們能夠回答關(guān)于物質(zhì)和宇宙本質(zhì)的基本問題?！盝UNO合作組發(fā)言人、中國科學(xué)院院士王貽芳說。

在現(xiàn)場，監(jiān)控顯示屏圓球形的界面上時(shí)不時(shí)出現(xiàn)紅色印記——這就是“幽靈粒子”的蹤跡。此時(shí)，地下700米深處，35.4米直徑的巨型有機(jī)玻璃球裝滿了讓中微子現(xiàn)身的液體閃爍體，整個(gè)玻璃球泡在超純水中。有機(jī)玻璃球外側(cè)有2萬只20英寸光電倍增管、2.5萬只3英寸光電倍增管，用來探測中微子與液體閃爍體相互作用產(chǎn)生的閃爍光，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出?？茖W(xué)家估計(jì)，這個(gè)裝置一天可以“捉”到大約60個(gè)“幽靈粒子”。

這樣大型的裝置，僅建設(shè)就耗時(shí)10余年。JUNO總工程師馬驍妍介紹，2015年工程啟動(dòng)隧道和地下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；2021年12月完成實(shí)驗(yàn)室建設(shè)并開始探測器在地下實(shí)驗(yàn)室的安裝建設(shè)；2024年12月探測器主體建設(shè)完成并開始灌注超純水與液體閃爍體；灌裝過程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)首先在45天內(nèi)完成超過6萬噸超純水的灌注，隨后將2萬噸液體閃爍體精準(zhǔn)注入有機(jī)玻璃球內(nèi)，并同步完成原有純水的置換。

JUNO副發(fā)言人、意大利米蘭大學(xué)及國家核物理研究所（米蘭）的教授喬阿基諾·拉努奇表示，這一重要成就也得益于許多來自中國以外的研究團(tuán)隊(duì)的富有成效的合作。作為一項(xiàng)由中國科學(xué)院高能物理研究所主導(dǎo)的重大國際合作項(xiàng)目，JUNO成員涵蓋來自17個(gè)國家和地區(qū)、74個(gè)科研機(jī)構(gòu)的近700名研究人員。

江門中微子實(shí)驗(yàn)最主要的科學(xué)目標(biāo)是對(duì)中微子進(jìn)行質(zhì)量排序。中微子是組成自然界的最基本的粒子之一，具有極強(qiáng)的穿透力、難以探測，因此又被稱為“幽靈粒子”。人類已知的中微子有電子型中微子、繆子型中微子、陶子型中微子3種。測量3種中微子質(zhì)量順序被認(rèn)為是未來10年粒子物理學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的一個(gè)重大問題。

“JUNO可以探測53公里外臺(tái)山和陽江核電站產(chǎn)生的中微子，并以前所未有的精度測量它們的能譜?！蓖踬O芳說，“與國際同類實(shí)驗(yàn)相比，JUNO對(duì)質(zhì)量順序的測定不受地球物質(zhì)效應(yīng)和其他未知中微子振蕩參數(shù)的影響，并將顯著提高探測的精度?！?/p>

此外，JUNO還使科學(xué)家能夠?qū)碜蕴?、超新星、大氣和地球的中微子開展前沿研究，對(duì)不活躍中微子和質(zhì)子衰變進(jìn)行搜尋。

王貽芳介紹，JUNO的設(shè)計(jì)使用壽命為30年，后期可升級(jí)改造為世界最靈敏的無中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)，用于探測中微子絕對(duì)質(zhì)量，檢驗(yàn)中微子是否為馬約拉納粒子，并解決粒子物理、天體物理和宇宙學(xué)的前沿交叉熱點(diǎn)難題。

（原載于《中國科學(xué)報(bào)》 2025-08-26 第1版 要聞）