中国启动世界最大中微子探测器，向解开宇宙物质奥秘迈出关键一步

热门资讯 2025年08月28日 04:39 1 admin

信息来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/08/250826005213.htm

经过十余年精心筹备，世界最大规模的地下中微子探测实验装置——江门地下中微子观测站（JUNO）于8月26日正式开始数据采集。这一历史性时刻标志着人类在探索基本粒子奥秘的道路上迈出了关键一步，有望解答困扰物理学界近十年的重大谜题：中微子质量排序问题。

江门地下中微子观测站（JUNO）是一个大型液体闪烁体中微子实验装置，其主要目标是成为一个多功能观测站，用于观测由人工和天然源产生的中微子。图片来源：JUNO合作组织

位于中国广东省江门市地下700米深处的JUNO探测器，其2万吨液体闪烁体探测器已完成填充并投入运行。初步数据显示，这个庞然大物的关键性能指标达到或超过了设计预期，为解决中微子物理学中的核心问题奠定了坚实基础。

中微子质量排序：物理学的"圣杯"

中微子质量排序问题被誉为粒子物理学领域最重要的未解之谜之一。这个问题的核心在于确定第三质量态（ν₃）是否比第二质量态（ν₂）更重。虽然听起来技术性很强，但这个问题的答案将深刻影响我们对宇宙演化、物质起源以及基本物理定律的理解。

中微子是宇宙中数量最丰富的粒子之一，每秒钟都有数万亿个中微子穿过人体，但它们几乎不与物质发生相互作用。正是这种"幽灵般"的特性使得中微子研究极具挑战性，也使得JUNO这样的大型探测器变得必不可少。

中国科学院高能物理研究所研究员、JUNO实验发言人王贻芳教授表示："完成江门中微子实验探测器的填充并开始数据采集，标志着一个历史性的里程碑。这是我们首次运行如此规模和精度的中微子专用探测器。JUNO将使我们能够解答有关物质和宇宙本质的基本问题。"

技术突破：史无前例的探测精度

JUNO的核心优势在于其独特的地理位置和技术设计。探测器距离台山和阳江核电站约53公里，这个距离被精心计算过——既足够远以观察中微子振荡现象，又足够近以保证足够的中微子流量。与其他实验方法不同，JUNO对质量排序的测定不受地球物质效应的影响，基本不受参数简并的干扰。

探测器的核心是一个直径35.4米的丙烯酸球体，内部装载着2万吨液体闪烁体。当中微子与闪烁体中的原子核发生相互作用时，会产生微弱的闪烁光，这些光被20,000个20英寸光电倍增管和25,600个3英寸光电倍增管同时捕获，并转换为电信号进行分析。

整个探测器系统对纯度、稳定性和放射性水平的要求极其严格。在填充过程中，团队首先用45天时间灌装了6万吨超纯水，将内外丙烯酸球体的液位差控制在厘米级别，流量不确定度保持在0.5%以下。随后的六个月里，2万吨液体闪烁体被精确地注入球体中，同时置换掉水，整个过程满足了对超高纯度、光学透明性和极低放射性的严格要求。

国际合作的结晶

JUNO项目体现了现代大科学装置国际合作的典型模式。该项目由中国科学院高能物理研究所主导，汇聚了来自17个国家和地区74个机构的700多名研究人员。这种国际合作不仅带来了资源的整合，更重要的是集合了全球在液体闪烁体技术方面的顶尖专业知识。

米兰大学和意大利国家核物理研究院教授、JUNO实验副发言人焦阿基诺·拉努奇评论道："我们今天宣布的这一里程碑式成就，得益于众多中国以外研究团队开展的卓有成效的国际合作。全球液体闪烁体研究界已将这项技术推向了极致，为实现实验宏伟的物理目标开辟了道路。"

JUNO项目于2008年提出概念，2013年获得中国科学院和广东省政府批准，2015年开始地下建设。探测器安装工作从2021年12月开始，2024年12月完成。整个建设过程历时十余年，期间克服了无数技术难题和工程挑战。

多重科学目标与未来展望

除了解决中微子质量排序问题这一首要目标外，JUNO还将在多个前沿科学领域发挥重要作用。该探测器将使多个中微子振荡参数的测量精度提升一个数量级，为来自太阳、超新星、大气和地球的中微子研究提供前沿平台。

更重要的是，JUNO将为探索未知物理现象打开新的窗口。它将搜寻惰性中微子的存在证据，寻找质子衰变的迹象，甚至可能发现全新的物理现象。这些研究有望推动我们对基本物理定律的理解进入新的境界。

JUNO实验总工程师马晓燕教授表示："建造JUNO是一段充满非凡挑战的旅程。它不仅需要新的理念和技术，更需要多年的精心规划、测试和坚持不懈的努力。数百名工程师和技术人员的团队合作和献身精神，将一个大胆的设计转化为一个正常运行的探测器。"

长远影响与技术传承

JUNO的设计科学寿命长达30年，并预留了可靠的升级路径。未来的升级将使其具备开展无中微子双β衰变研究的能力，这将帮助科学家探测中微子的绝对质量尺度，并验证中微子是否为马约拉纳粒子。这些问题的答案将深刻改变我们对粒子物理学、天体物理学和宇宙学的理解。

中微子研究的重要性不仅体现在基础科学层面，还可能带来意想不到的技术应用。历史上，许多看似纯理论的物理发现最终都找到了实际应用，从量子力学推动的计算机革命，到相对论理论支撑的GPS定位系统。虽然目前还无法预见中微子研究的直接应用前景，但基础科学的每一次突破都可能成为未来技术革命的种子。

JUNO的成功启动不仅标志着中国在国际大科学装置建设和运营方面能力的显著提升，也为全球科学共同体提供了一个世界级的研究平台。在接下来的数月和数年里，来自JUNO的数据将被全球物理学家仔细分析，每一个新发现都可能重写教科书中关于宇宙基本构成的章节。

随着JUNO正式开始数据采集，人类向解开宇宙最深层奥秘的目标又迈进了一大步。这个埋藏在地下深处的"宇宙之眼"，将帮助我们窥探那些看不见、摸不着却无处不在的中微子世界，最终回答那个古老而永恒的问题：我们的宇宙究竟是由什么构成的？

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