在广东省江门开平市的一片静谧山谷中,一项探索宇宙奥秘的科学壮举正悄然进行。科学家们在地下700米的深处,构建了一座庞大的探测器,目标直指那些被称为“宇宙幽灵”的中微子。
自2013年起,历经11年的精心筹备与建设,江门中微子实验大厅终于成型。这里,是中国科学家为捕捉中微子而打造的地下科研殿堂。驱车从市区出发,仅需一小时便能抵达这片藏匿于青山间的科研圣地。换乘简易罐笼,随着耳边金属碰撞的叮当声,仅需短短五分钟,便能深入地下700米的实验大厅。
为何要在此偏僻之地,构建如此宏大的科学装置?又为何要将探测器置于地下700米之深?答案在于对“安静”环境的追求。科研人员解释,地面上的宇宙射线会严重干扰中微子的探测,而700米厚的山体与岩层,则如同一道天然的屏障,能够大幅降低宇宙射线的干扰,为中微子的探测提供一个纯净的环境。
江门中微子实验的核心设备,是一座高达13层楼的巨型液体闪烁体探测器。它位于地下实验大厅内一个深达44米的池子中央,由直径41.1米的不锈钢网壳支撑。探测器的内部,布满了密密麻麻的光电倍增管,这些微小的设备是中微子探测的关键。当外界的中微子进入探测器内部,与液体闪烁体发生作用时,会发出微弱的光。探测器内的数万个光电倍增管则负责将这些光信号转化为电信号,并放大千万倍,以便科研人员记录和分析。
中微子,作为构成物质世界的基本粒子之一,自宇宙大爆炸起就弥漫在宇宙中。然而,由于它们质量极轻、速度极快,且几乎不与任何物质发生反应,因此探测它们极为困难。尽管早在1956年,美国物理学家就首次探测到了核电站反应堆发出的中微子,但时至今日,人们对中微子的性质仍然知之甚少。
江门中微子实验,正是为了解答这些关于中微子的未解之谜而诞生的。该实验的设计寿命为30年,预计在正式运行后的5到10年内,完成测量中微子质量顺序这一最主要的科学目标。同时,科研人员还将致力于提高中微子振荡参数的测量精度,并涉足超新星、地球中微子、太阳中微子等研究领域。在2030年左右,他们还将对探测器进行改造升级,以测量中微子的绝对质量。
这项大科学计划的实施,不仅推动了我国在前沿技术领域的实质性突破,如国产新型光电倍增管、高性能液体闪烁体的研制,以及超大型高精度探测器的设计制造等,还促进了相关技术的国产化及产业发展。江门中微子实验建成后,将成为国际中微子研究的中心之一,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三足鼎立之势,进一步巩固了我国在中微子研究领域的国际领先地位。