江门中微子实验：揭秘宇宙奥秘的新利器
江门中微子实验：揭秘宇宙奥秘的新利器
2024年10月，位于广东江门地下700米深处的江门中微子实验（JUNO）完成95%建设任务，预计将于2025年8月正式投入运行。这一重大科技基础设施的建成，不仅将为我国在中微子研究领域带来重大突破，也将使中国在这一前沿科学领域占据领先地位。
独特设计攻克多项技术难题
江门中微子实验的核心探测设备是一个巨大的液体闪烁体探测器，其设计和建造面临诸多世界级技术挑战。探测器主体由直径41.1米的不锈钢网壳和直径35.4米的有机玻璃球组成，整个结构重达数千吨，需要精确安装在44米深的水池中央。
其中，有机玻璃球是整个探测器的关键部件，由263块12厘米厚的球面板拼接而成，净重约600吨，是目前世界上最大的单体有机玻璃球。为了确保高灵敏度和低本底，有机玻璃板材的天然放射性本底要求极高，铀和钍的质量占比必须小于一万亿分之一。
不锈钢网壳作为主支撑结构，由预制的H型钢通过12万套高强螺栓拼接而成，是目前国内最大的单体不锈钢主结构。它不仅要承载有机玻璃球和2万吨液体闪烁体的重量，还要承受3.5万吨超纯水的浮力。
在光电倍增管方面，实验采用了2万个20英寸和2.5万个3英寸的光电倍增管，用于捕捉中微子与液体闪烁体作用时发出的极其微弱的光信号。为提高探测效率，科研团队发明了一种全新构型的光电倍增管，具有国际最高的光子探测效率，并获得了欧盟、美国、日本等国的专利授权。
国际领先的科学目标
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，这是当前中微子研究领域最核心的科学问题之一。中微子是宇宙中最基本的粒子之一，其质量顺序的确定将对理解宇宙的起源和演化具有重要意义。
除了测量中微子质量顺序，实验还将研究中微子混合角、超新星中微子、地球中微子等课题。未来，江门中微子实验计划在2030年前后升级为世界最灵敏的无中微子双贝塔衰变实验，以测量中微子的绝对质量，判断其是否为马约拉纳粒子。
引领国际中微子研究
江门中微子实验的建设进度遥遥领先于国际同类项目。根据彭博社报道，该实验将于2025年8月开始收集数据，而日本的顶级神冈实验预计要到2027年，美国的深部地下实验则要到2030年之后。这意味着中国将在绘制“幽灵粒子”地图的全球竞赛中占据先机。
该实验采取开放合作的模式，目前已有17个国家和地区的74个研究机构参与，国际合作组成员近300人。虽然美国在该项目中的参与程度低于此前的大亚湾实验，但仍有美国学者和研究人员参与其中。实验成果将由所有参与合作的科学家共同署名发表。
未来展望
江门中微子实验的建成将为我国在中微子研究领域带来重大突破，进一步巩固中国在这一前沿科学领域的国际领先地位。同时，该实验的成果将为宇宙起源、质量起源和暗物质、暗能量等基础物理学前沿研究奠定重要基础，有望取得一系列引领性的重大物理成果。
此外，中微子研究的突破还可能带来技术应用的革新。例如，中微子通信技术的研究已初步实现，未来可能发展出不受阻碍的新型通讯方式；中微子的高穿透性使其在医学成像技术中有潜力提供更清晰、安全的诊断手段；基于中微子的特性，未来或许可开发新型核反应或远程能量传输技术。
总之，江门中微子实验的建成不仅将推动我国在中微子研究领域的科技进步，也将为人类揭示宇宙奥秘提供新的利器。