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微信公眾號(hào)“中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所”8月26日消息，在廣東省江門市，江門中微子實(shí)驗(yàn)（JUNO）成功完成2萬(wàn)噸液體閃爍體（一種高純度的特殊探測(cè)液體）灌注，并正式運(yùn)行取數(shù)。經(jīng)過(guò)十余年的準(zhǔn)備和建設(shè)，江門中微子實(shí)驗(yàn)成為國(guó)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。試運(yùn)行期間首批獲取的數(shù)據(jù)顯示，其探測(cè)器關(guān)鍵性能指標(biāo)全面達(dá)到或超越設(shè)計(jì)預(yù)期。

中國(guó)科學(xué)院院士王貽芳表示，“完成江門中微子探測(cè)器灌注并開(kāi)始運(yùn)行取數(shù)，是一個(gè)突破性的進(jìn)展。這是國(guó)際上首次運(yùn)行這樣一個(gè)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(wèn)題?！?

位于水池內(nèi)（尚未灌水）的中心探測(cè)器（外部圖）

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(cè)，因此又被稱為“幽靈粒子”。在現(xiàn)場(chǎng)，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?？茖W(xué)家估計(jì)，該裝置一天可探測(cè)約60個(gè)這樣的“幽靈粒子”。

JUNO探測(cè)到的一個(gè)反應(yīng)堆中微子事例

人類已知的中微子包括電子型、繆子型和陶子型三種。確定這三種中微子的質(zhì)量排序，是未來(lái)十年粒子物理學(xué)領(lǐng)域最受關(guān)注的重大問(wèn)題之一。江門中微子實(shí)驗(yàn)的主要科學(xué)目標(biāo)，是測(cè)量第三種中微子（ν?）與第二種中微子（ν?）的質(zhì)量關(guān)系，即判斷ν?是否比ν?更重。

江門中微子實(shí)驗(yàn)探測(cè)器位于廣東省江門市附近的地下700米處，可以探測(cè)53公里外臺(tái)山和陽(yáng)江核電站產(chǎn)生的中微子，并以前所未有的精度測(cè)量它們的能譜。王貽芳介紹，與國(guó)際同類實(shí)驗(yàn)相比，江門中微子實(shí)驗(yàn)對(duì)質(zhì)量順序的測(cè)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6個(gè)中微子振蕩參數(shù)中的3個(gè)參數(shù)的精度。

探測(cè)器核心為有效質(zhì)量2萬(wàn)噸的液體閃爍體探測(cè)器（中心探測(cè)器），安置在地下實(shí)驗(yàn)大廳44米深的水池中央。直徑41.1米的不銹鋼網(wǎng)殼作為主支撐結(jié)構(gòu)，承載了包括35.4米直徑的有機(jī)玻璃球、2萬(wàn)噸液體閃爍體、2萬(wàn)只20英寸光電倍增管、2.5萬(wàn)只3英寸光電倍增管以及前端電子學(xué)、電纜、防磁線圈和隔光板等眾多關(guān)鍵部件。

中心探測(cè)器內(nèi)部的有機(jī)玻璃球及光電倍增管

這樣大型的裝置，僅建設(shè)就耗時(shí)10余年。江門中微子實(shí)驗(yàn)由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所于2008年提出構(gòu)想，2013年得到中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類）支持，并在同年得到廣東省人民政府的支持。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(kāi)始探測(cè)器在地下實(shí)驗(yàn)室的安裝建設(shè)；2024年12月探測(cè)器主體建設(shè)完成并開(kāi)始灌注超純水與液體閃爍體。

總工程師馬驍妍表示，“建設(shè)JUNO是一段充滿非凡挑戰(zhàn)的旅程。這不僅需要新的想法和技術(shù)，還需要多年的精心規(guī)劃、測(cè)試和堅(jiān)持。滿足材料純度、穩(wěn)定性和安全性等嚴(yán)格要求，需要數(shù)百名工程師和技術(shù)人員的奉獻(xiàn)。他們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和忠誠(chéng)使這個(gè)大膽的設(shè)計(jì)變成了一個(gè)功能齊全的探測(cè)器，如今它已經(jīng)準(zhǔn)備好為中微子世界打開(kāi)一扇新的窗口。”

在灌裝過(guò)程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)首先在45天內(nèi)完成超過(guò)6萬(wàn)噸超純水的灌注，將內(nèi)外有機(jī)玻璃球的液位差控制到厘米量級(jí)，流量偏差不超過(guò)0.5%，有力保障了探測(cè)器主體結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。隨后歷經(jīng)半年的精細(xì)操作，將2萬(wàn)噸液體閃爍體精準(zhǔn)注入直徑35.4米的有機(jī)玻璃球內(nèi)，并同步完成原有純水的置換。

水池上方的頂部徑跡探測(cè)器

江門中微子實(shí)驗(yàn)是中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所主導(dǎo)的重大國(guó)際合作項(xiàng)目，成員涵蓋來(lái)自17個(gè)國(guó)家和地區(qū)、74個(gè)科研機(jī)構(gòu)的近700名研究人員。實(shí)驗(yàn)不僅可對(duì)來(lái)自太陽(yáng)、超新星、大氣層及地球的中微子開(kāi)展前沿研究，還可進(jìn)行不活躍中微子和質(zhì)子衰變的探索。

意大利米蘭大學(xué)及國(guó)家核物理研究所（米蘭）的教授喬阿基諾·拉努奇（Gioacchino Ranucci）表示，“我們今天宣布的這一重要成就，也是得益于許多來(lái)自中國(guó)以外的研究團(tuán)隊(duì)的富有成效的國(guó)際合作，將此前液體閃爍體探測(cè)設(shè)施的專業(yè)知識(shí)帶入JUNO，共同推動(dòng)了該技術(shù)達(dá)到極限邊界，為實(shí)驗(yàn)宏偉的物理目標(biāo)開(kāi)辟了道路?！?

江門中微子實(shí)驗(yàn)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(wú)中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)，用于探測(cè)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。

（觀察者網(wǎng)綜合央視新聞客戶端、微信公眾號(hào)“中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所”等）