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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 12:19:03 来源:环球时报新媒体作者:环球时报新媒体编辑:快讯团队 发表评论无障碍通道

在探索宇宙奥秘的征途中,科学家们将目光投向了地球深处。在广东省江门开平市,一项耗时11年的宏伟计划已悄然实现——江门中微子实验,一个深藏于地下700米的巨型科学装置,正静静地捕捉着宇宙中最神秘的“幽灵”——中微子。

驱车穿越青山绿水,一小时后,一座现代化的建筑群映入眼帘。通过简易罐笼,耳边回响着金属碰撞的清脆声响,五分钟后,我们便置身于这座地下实验大厅。这里,科研人员正紧张地忙碌着,他们的目标只有一个:揭开中微子的神秘面纱。

为什么要将如此重要的科学装置建在如此偏远的地方,又为何要将探测器深埋于地下700米处?原来,这一切都是为了追求更高的实验精度。江门中微子实验的主要任务是测量核电站反应堆的中微子振荡。实验装置距离核电站反应堆50至55公里时,中微子振荡达到极大值,对中微子质量顺序的测量最为灵敏。而江门中微子实验所在地,恰好与附近的阳江核电站和台山核电站形成了一个等腰三角形,能够最大限度地利用两个核电站的总功率。

地下700米的深度还能有效隔绝地面宇宙射线的干扰,为实验提供一个“安静”的环境。科研人员表示,宇宙射线会严重干扰中微子的探测,而700米的山体和岩层就像一道天然的屏障,能够大幅降低宇宙射线的强度。

江门中微子实验的核心探测设备是一座高达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44米深的池子中央,由直径41.1米的不锈钢网壳支撑。这个庞然大物的工作原理并不复杂,它主要依靠内部的液体闪烁体和光电倍增管来捕捉中微子。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。这些光信号被探测器内的数万个光电倍增管转化为电信号,并放大1000万倍,最终被科研人员记录下来。

中微子,这个宇宙中最古老、数量最多的粒子,自宇宙大爆炸以来就一直弥散在宇宙中。然而,由于它的质量极轻、速度接近光速,且具有强大的穿透力,我们几乎无法感知到它的存在。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,中微子的存在才得到了证实。然而,近70年来,科学家们对中微子的性质仍然知之甚少。

江门中微子实验的首席科学家、中国科学院院士王贻芳表示,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不明确。为了解答这些谜题,建设先进的探测器、获取更精确的数据成为了中微子研究的重点。江门中微子实验正是这一理念的体现,它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。

在江门中微子实验的建设过程中,科研人员不仅实现了国产新型光电倍增管、高性能液体闪烁体以及超大型高精度探测器设计制造等前沿技术的实质性突破,还推动了相关技术的国产化以及产业的发展。这一大科学计划不仅满足了实验装置的建设需求,还充分体现了科学研究的牵引作用。

未来,江门中微子实验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。这将进一步巩固我国在中微子研究领域的国际领先地位,为人类探索宇宙奥秘作出更大的贡献。

 
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