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地下700米!中国科学家如何捕捉“宇宙幽灵”中微子?

   时间:2025-01-14 10:50:19 来源:ITBEAR作者:新华社编辑:快讯团队 发表评论无障碍通道

在中国南方的广东省江门开平市,一项旨在探索宇宙奥秘的科研壮举正悄然进行。科学家们并未仰望星空,而是将目光投向了地下700米的深处,这里隐藏着一座巨大的科学装置——江门中微子实验大厅。

自2013年项目启动以来,中国科学家历经11载春秋,精心设计与建造了这座位于地底深处的探测器,它的目标只有一个:捕捉那些被称为“宇宙幽灵”的中微子。这些难以捉摸的基本粒子,虽然无处不在,却因其极小的质量和极高的穿透力而难以被探测。

驱车从开平市出发,约莫一小时后,一片掩映在青山之中的建筑群映入眼帘。换乘简易罐笼,伴随着耳边清脆的金属碰撞声,只需短短五分钟,便能抵达位于地下700米的实验大厅。为何选择如此偏远之地?又为何要将探测器深埋地下?这一切都是为了追求极致的“安静”。

科研人员解释说,地面上的宇宙射线会对中微子的探测造成极大干扰。而700米厚的山体和岩层,就像是一道天然的屏障,能够大幅削弱宇宙射线的强度,为实验提供一个相对纯净的环境。江门中微子实验的位置选择也经过了精心计算,它距离附近的阳江核电站和台山核电站均为53公里,三地形成了一个等腰三角形,从而能够最大限度地利用两个核电站的总功率。

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,它矗立在地下实验大厅内一个44米深的池子中央,由直径达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,这些装置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负责将这些光信号转化为电信号,并将微弱的电信号放大千万倍,从而被科研人员记录下来。

工人们正在紧张地安装中心探测器上的光电倍增管,每一根管子都承载着揭开宇宙奥秘的希望。中微子,这种构成物质世界的基本粒子,自宇宙大爆炸以来就弥散在宇宙中。然而,由于其极难与物质发生反应,人们一直难以探测到它们。直到1956年,美国物理学家莱因斯和考恩首次探测到了核电站反应堆发出的中微子,中微子的存在才得以证实。

尽管已经过去了近70年,但人们对中微子的了解仍然有限。中微子的质量大小、起源、质量顺序以及是否造成宇宙中物质与反物质的不对称等关键问题仍然悬而未决。为了解答这些谜团,中国科学家决定建设更加先进的探测器,江门中微子实验应运而生。

作为中微子研究的领军专家,中国科学院院士王贻芳领导了中国第一代中微子实验装置——大亚湾中微子实验。该装置在2007年开工建设,2011年正式运行取数,并在2012年发现了一种新的中微子振荡。这一成果不仅获得了2016年度国家自然科学奖一等奖,还将中微子振荡振幅的测量精度提高了近十倍。

如今,江门中微子实验接过了大亚湾中微子实验的接力棒,继续探索中微子的奥秘。根据规划,江门中微子实验的设计寿命为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,科研人员还将投入测量中微子的振荡参数,将精度提高十倍左右,并涉足超新星、地球中微子、太阳中微子等研究领域。

江门中微子实验的建设不仅推动了相关技术的国产化与产业发展,还巩固了中国在中微子研究领域的国际领先地位。这一大科学装置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。

 
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