江门中微子实验：揭秘宇宙奥秘的“中国慧眼”

江门中微子实验：揭秘宇宙奥秘的“中国慧眼”

2024年11月20日，随着最后一个光电倍增管被固定，江门中微子实验探测器主体正式建成。这个位于广东江门开平市地下700米深处的巨型探测器，将为人类揭开中微子的神秘面纱提供关键线索。

江门中微子实验的核心探测设备是一个直径35.4米的有机玻璃球，这是目前世界上最大的单体有机玻璃球。如果将其等比例缩小到鸡蛋大小，这个球的外壳会比鸡蛋壳还要薄。为了确保高透光性和低本底辐射，有机玻璃板材采用了独特的配方和工艺，其天然放射性本底铀和钍的质量占比小于一万亿分之一。

有机玻璃球内部将灌入2万吨液体闪烁体，这是少数能够与中微子发生反应的物质之一。球体周围安装有4.5万个光电倍增管，用于捕捉中微子反应时发出的极其微弱的闪烁光。整个球体将被纯水浸没在一个巨大的水池中，水池顶部覆盖氮气以避免纯水被污染。

为了建造这一大科学装置，江门中微子实验团队攻克了多项技术难关：

• 研制出具有自主知识产权的国际最高光子探测效率的光电倍增管，打破了该领域的国际垄断，并获得欧盟、美国、日本等国家的专利授权。
• 开发了高洁净度、高密封、高效率的液体闪烁体纯化系统，获得了目前国际上衰减长度最高的液闪。
• 采用水下电子学的创新设计，以民用器件实现了航天级别的可靠性。

中微子是宇宙中最古老、数量最多的物质粒子，其质量轻、运动速度接近光速，几乎不与任何物质发生反应，因此被称为“幽灵粒子”。江门中微子实验的首要科学目标是测量中微子的质量顺序，这是中微子研究领域的一个关键问题。

实验计划通过6年时间“捕捉”10万个来自核电站的中微子，根据精确测量这些中微子的能谱来推导出中微子的质量顺序。此外，实验还将进行超新星中微子、太阳中微子、地球中微子、大气中微子、质子衰变等多项重大前沿交叉研究。

江门中微子实验建成后，将与日本的顶级神冈中微子实验和美国的深部地下中微子实验形成中微子研究的鼎足之势。这不仅使我国在中微子研究领域的国际领先地位得到进一步巩固，也将为粒子物理、天体物理、宇宙学等基础科学领域带来深远影响。

目前，江门中微子实验已进入收官阶段，预计将于2025年8月正式运行取数，预计运行约30年。随着实验的不断深入，科学家们期望能够通过中微子的研究，进一步理解宇宙的构成、演化以及暗物质的分布，为人类探索宇宙提供前所未有的视角。