在中国广东省江门开平市的一片翠绿山脉之中,隐藏着一个探索宇宙奥秘的前沿阵地。科学家们在此深入地下700米,构建起一座宏大的科学装置——江门中微子实验大厅,这项工程自2013年起,历经11年的精心设计与建造,旨在捕捉那难以捉摸的“宇宙幽灵”——中微子。
驱车从市区出发,大约一小时后,便能抵达这片被群山环抱的科研圣地。换乘特制的简易罐笼,伴随着金属碰撞的清脆声响,缓缓下降约5分钟,即可踏入位于地下700米的实验大厅。为何要在这片偏远的土地上,进行如此深度的探索?科研人员解释,这主要是为了捕捉来自附近阳江核电站和台山核电站的中微子,两地与实验大厅均形成约53公里的等距三角形布局,使得实验装置能够最大限度地利用两个核电站释放的总功率,从而提高实验精度。
选择地下700米的位置,更是出于对实验环境的严格要求。地面上的宇宙射线会严重干扰中微子的探测,而700米厚的山体与岩层如同一道天然的屏障,能够极大地削弱宇宙射线的强度,为实验提供一个“安静”的环境。实验的核心设备是一座巨大的液体闪烁体探测器,高达13层楼,被安置在一个直径41.1米、深44米的不锈钢网壳支撑的水池中。这个探测器内部布满了光电倍增管,它们如同眼睛一般,捕捉着中微子与液体闪烁体作用时发出的微弱光芒。
当外界的中微子进入探测器内部,极少数会与液体闪烁体发生反应,释放出极其微弱的光。探测器内的数万个光电倍增管则负责将这些光信号转换成电信号,并放大千万倍,使得科研人员能够记录下来,并通过计算机进行数据分析,探索中微子的奥秘。中微子,作为构成物质世界的基本粒子之一,自宇宙大爆炸以来便弥漫于宇宙之中,理解它们,便意味着理解宇宙的历史。
然而,中微子的探测却异常艰难。它们质量极轻,运动速度接近光速,且几乎不与任何物质发生反应,这使得人们难以感知到它们的存在。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,中微子的存在才得以证实。此后,中微子便成为了物理学研究的重要课题,相关成果四次荣获诺贝尔奖。然而,时至今日,科学家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未解之谜而诞生的。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。江门中微子实验将接过前辈大亚湾中微子实验的接力棒,继续深入探索中微子的奥秘。根据规划,实验设计寿命为30年,预计在运行后的5至10年内完成测量中微子质量顺序的主要科学目标,并将中微子振荡参数的测量精度提高10倍左右。
江门中微子实验的建设还催生了一系列国际领先的技术。在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领域,科研人员取得了实质性突破,不仅满足了实验需求,还推动了相关技术的国产化与产业发展。王贻芳表示,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,进一步巩固我国在中微子研究领域的国际领先地位。
在这片被群山环抱的科研圣地,科学家们正以前所未有的热情与智慧,探索着宇宙的深邃奥秘。江门中微子实验,不仅是中国科学界的一项重大成就,更是人类探索宇宙、理解自然规律的重要里程碑。
随着实验的深入进行,我们有理由相信,在不久的将来,科学家们将揭开更多关于中微子的神秘面纱,为人类理解宇宙的本质提供更为宝贵的线索。
同时,江门中微子实验的成功建设,也展示了中国在科技创新领域的强大实力,为世界科学界树立了新的标杆。