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中国地下700米捕捉幽灵粒子 精度刷新世界纪录

地下700米捕捉幽灵粒子 精度刷新世界纪录2025年11月19日,广东江门地下700米的花岗岩深处,一个直径35.4米的
地下700米捕捉幽灵粒子 精度刷新世界纪录

2025年11月19日,广东江门地下700米的花岗岩深处,一个直径35.4米的"超级玻璃球"突然成为全球焦点——中国牵头的江门中微子实验(JUNO)用仅59天的数据,将人类对中微子振荡参数的测量精度提升1.5-1.8倍,这一突破让世界物理学界震惊!这个被称为"宇宙幽灵"的粒子,终于在中国制造的"地下巨眼"中显露出更清晰的身影。

地下700米的"捕幽灵"神器

走进江门开平市金鸡镇的打石山,乘坐缆车沿斜井隧道下行15分钟,抵达这个深达700米的地下实验室。这里的核心是一个重达2万吨的液体闪烁体探测器,其主体是由263块有机玻璃板拼接而成的巨型球体,厚度仅12厘米却能承受万吨液体压力。球体内部灌注的特制液体闪烁体,纯度达到百亿分之一杂质含量,堪称"地球上最纯净的液体"。

           

探测器内壁布满4.5万只光电倍增管,其中2万只20英寸的"大眼睛"能捕捉到中微子碰撞产生的、比星光弱10亿倍的闪光。这些光电倍增管的量子效率达35%,比国际同类产品提升20%,相当于在伸手不见五指的海底能看清一根火柴的微光。

"为屏蔽宇宙射线干扰,我们在地下700米花岗岩中开挖出1266米的斜井和564米的竖井。"中国科学院高能物理研究所研究员衡月昆介绍,实验室上方270米厚的岩石层能将宇宙线干扰降低至地面水平的十万分之一,为实验打造了"安静"的探测环境。

59天数据超越国际十年积累

从8月26日正式运行到11月2日,科研团队仅用59天就完成了对中微子振荡参数的精确测量。中国科学院高能物理研究所副所长温良剑在发布会上公布:JUNO测量的混合角θ12和质量平方差Δm²21,精度比此前国际最好结果提升1.5-1.8倍,其中质量平方差的测量误差从5%降至2.8%。

这两个参数就像中微子的"指纹",描述了电子中微子、缪子中微子和陶子中微子之间相互转化的概率。此前太阳中微子和反应堆中微子两种测量方法存在1.5倍标准偏差的"太阳中微子偏差",JUNO通过反应堆中微子测量首次证实了这一偏差的存在,为寻找新物理提供了关键线索。

"这相当于用两个月时间跑完了别人十年的路程。"JUNO合作组发言人王贻芳院士兴奋地说,"探测器性能完全符合设计预期,我们很快就能确定中微子质量顺序。"

揭开宇宙诞生的密码本

中微子被称为"宇宙信使",每秒有100万亿个穿透人体却不留痕迹。这种"幽灵特性"使其成为探索宇宙起源的绝佳工具。JUNO的核心目标之一,就是确定三种中微子的质量顺序——究竟是"正序"(m1<m2<m3)还是"倒序"(m3<m1<m2),这直接关系到宇宙中物质为何多于反物质的根本问题。

"中微子质量虽小,却决定了我们能否存在。"王贻芳解释,宇宙大爆炸后若中微子完全没有质量,就会以光速飞驰抹平所有星系形成的"种子"。正是这微小的质量让早期宇宙的密度涨落得以保留,最终演化出今天的星系和生命。

JUNO的设计使用寿命达30年,未来将升级为世界最灵敏的无中微子双贝塔衰变实验,检验中微子是否为自身反粒子,探测绝对质量,这些都可能改写粒子物理的标准模型。

700名科学家的跨国协作

这场基础科学的攻坚战汇聚了全球智慧。来自17个国家和地区75个科研机构的700多名科学家参与其中,意大利提供了光电倍增管核心技术,法国团队主导数据分析,德国科学家负责探测器刻度系统。

"JUNO的成功反映了整个国际团队的创造力。"国际合作组机构委员会主席、法国斯特拉斯堡大学Marcos Dracos教授评价道。意大利副发言人Gioacchino Ranucci则认为:"液体闪烁体技术的突破,让我们看到了中微子物理的新曙光。"

中国科学家在关键技术上实现多项突破:自主研发的20英寸光电倍增管打破国外垄断,不锈钢网壳采用12万套高强螺栓拼接,拼装精度控制在3毫米内,6万吨超纯水灌注时流量偏差不超过0.5%。这些创新不仅支撑起世界级科研装置,更带动了国内高端制造业的升级。

从大亚湾到江门的中国精度

这不是中国首次在中微子领域创造纪录。2012年,大亚湾中微子实验发现第三种中微子振荡模式,被《科学》评为年度十大科学突破。如今JUNO再攀高峰,标志着中国中微子研究从"跟跑"到"领跑"的转变。

"基础研究就像在黑暗中摸索,但每一步精确测量都让我们离真相更近。"中国科学院高能物理研究所所长曹俊说,"就像当年发现电时没人想到今天的互联网,中微子研究或许正在为未来科技埋下种子。"

随着JUNO持续运行,更多关于太阳中微子、地球中微子甚至超新星爆发中微子的数据将被捕获。这个潜伏在地下700米的"超级显微镜",正以中国精度揭开宇宙最深层的奥秘,让人类对物质世界的认知边界不断外扩。