中国新中微子探测器上线！每天捕获50个“幽灵粒子”

在神秘的宇宙中，有一种粒子如幽灵般存在，它就是中微子。虽然每秒钟就有400万亿个来自太阳的中微子穿过我们的身体，可我们却毫无察觉，因为它几乎不与普通物质发生相互作用，行踪诡秘，难以捕捉。如今，中国的科研人员成功打造出一款新的中微子探测器，让我们离揭开这些神秘粒子的面纱又近了一步。

2025年8月26日，江门地下中微子实验站（JUNO）成功完成2万吨液体闪烁体灌注，并正式运行取数，标志着我国在中微子探测领域取得了重大突破。这个实验站坐落于广东省江门市附近地下700米深处，位置特殊，位于阳江和台山两个大型核电站之间。除了太阳产生的中微子，这两个裂变电厂也会产生人工中微子，这使得该地区成为中微子的“富集区”，为探测器提供了充足的研究对象。

江门地下中微子实验站的工作原理十分精妙。由于中微子极少与物质相互作用，想要捕捉它们的踪迹，就需要排除其他粒子的干扰。实验站深埋地下700米，厚厚的地壳就像一层天然的屏障，能够阻挡大部分其他粒子，如μ子，使其无法到达探测器。但为了做到万无一失，探测器本身还被一个额外的探测器“顶部追踪器”覆盖，“顶部追踪器”又被一个直径44米的超纯水池环绕。“顶部追踪器”就像是探测器的“警卫员”，它虽然无法阻止那些可能干扰探测的杂散粒子，但能敏锐地探测到它们，从而消除它们可能产生的数据干扰，保证探测器收集到的数据纯净、有效。

在探测器内部，被43,212个高灵敏度光电探测器包围的球体内装有一种神奇的物质——液体闪烁体。当一个中微子幸运地击中液体闪烁体时，会产生极其微弱的闪光，这些闪光会被周围密密麻麻的光电探测器捕捉到。通过对来自不同光电探测器的数据进行分析，研究人员就可以抽丝剥茧，梳理出中微子的一些物理特性。

中微子共有三种类型，分别是电子中微子、μ子中微子和τ中微子 。它们彼此之间有着略微不同的特性，并且能够相互转换，也就是进行“振荡”。江门地下中微子实验站的主要目标之一，便是精确测定中微子的质量。质量是粒子的基本属性，了解中微子的质量对于构建完整的宇宙理论模型至关重要。但由于中微子质量极小，测量难度极大，所以退而求其次，研究人员至少希望能确定它们的质量等级，也就是分辨出哪种中微子最重，哪种最轻。另外，中微子三种类型之间相互转换的频率，即振荡频率，也是研究的重点方向之一。这些看似微小的参数，却蕴含着宇宙运行的底层逻辑。

研究中微子，对我们的科学发展有着不可估量的价值。从宇宙学的角度来看，中微子被认为是大爆炸早期膨胀的重要参与者，它们在宇宙诞生之初的演化过程中扮演了关键角色。通过研究中微子，我们可以追溯到宇宙的起源时刻，进一步理解宇宙是如何从一个炽热、致密的奇点，逐渐演变成如今广袤无垠、丰富多彩的样子。

在天体物理学领域，中微子同样意义非凡。超新星爆发是宇宙中最为壮观的天文事件之一，爆发瞬间会释放出海量的能量和中微子。这些中微子能够穿越浩瀚的宇宙，几乎不受阻碍地抵达地球。通过探测这些来自超新星的中微子，科学家可以获得关于超新星内部结构、爆发机制等方面的关键信息，揭开恒星演化的神秘面纱。

中微子在地质学研究中也能发挥独特作用。地球深处的放射性岩石会持续释放中微子，这些中微子就像是地球内部的“信使”，携带了地球内部物质组成、结构以及放射性元素分布等重要信息。研究人员通过分析这些中微子，就可以像给地球做CT扫描一样，了解地球深部的奥秘，为地球科学研究开辟新的途径。

江门地下中微子实验站是国际上首个运行的超大规模和超高精度中微子专用大科学装置，由74个研究所和700名个人合作完成，由中国科学院高能物理研究所牵头。它预计将至少运行十年，在未来十年内，它有望每天探测到40到60个中微子，从而收集到足够多的数据，揭示这些神秘粒子的更多特性。如果一切顺利，多个科学领域都将因此受益，人类对宇宙和微观世界的认知也将实现质的飞跃。

如今，江门中微子实验站已经开始运行取数，首批获取的数据显示，探测器关键性能指标全面达到或超越设计预期。这一成果让全世界的科学家为之振奋，也标志着中国在中微子研究领域走到了世界前列。在未来，随着研究的深入，我们期待江门中微子实验站能带给我们更多惊喜，让这些“幽灵粒子”不再神秘，为我们解开更多宇宙的奥秘。