中微子是組成自然界的一種基本粒子,在宇宙中廣泛存在。大多數(shù)粒子物理和核物理過程都伴隨著中微子的產(chǎn)生,例如太陽發(fā)光、超新星爆發(fā)、宇宙射線、核反應(yīng)堆發(fā)電等。
中微子也是目前最神秘的粒子之一。它們不帶電,質(zhì)量極小,幾乎不與其他物質(zhì)發(fā)生相互作用。它們?nèi)缬撵`一般穿透地球,來無影去無蹤,每秒鐘就有3億億個(gè)來自太陽的中微子穿過每個(gè)人的身體。
中微子的最大特點(diǎn)就是幾乎不與任何物質(zhì)反應(yīng)。我們感覺不到它的存在,科學(xué)上探測也極為困難。因此,中微子的發(fā)現(xiàn)和研究過程,飽含著幾代科研人員的心血。
在這個(gè)領(lǐng)域,中國做出了重要貢獻(xiàn)。2012年,大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)室宣布發(fā)現(xiàn)新的中微子振蕩模式,成為中微子研究的一個(gè)重要里程碑。2020年12月,大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)圓滿完成科學(xué)任務(wù)正式退役,同時(shí)另一“國之重器”也開始構(gòu)建,那就是江門中微子實(shí)驗(yàn)探測器。
江門中微子實(shí)驗(yàn)(JUNO)位于廣東省江門開平市,是由中科院和廣東省共同建設(shè)的大科學(xué)裝置,以測定中微子質(zhì)量順序、精確測量中微子混合參數(shù)為主要科學(xué)目標(biāo),并進(jìn)行其他多項(xiàng)科學(xué)前沿研究。項(xiàng)目預(yù)計(jì)2024年建成運(yùn)行,屆時(shí)將成為國際中微子研究的中心之一。
江門中微子實(shí)驗(yàn)于2015年開始建設(shè),建于廣東江門開平市金雞鎮(zhèn)、赤水鎮(zhèn)一帶的打石山。目前已經(jīng)完成了絕大部分的基礎(chǔ)建設(shè),無論是地下實(shí)驗(yàn)大廳,還是相關(guān)的水電氣等設(shè)備,都已經(jīng)完成,并安裝到位,現(xiàn)在已經(jīng)開始了探測器安裝。
探測中微子,一種辦法是通過液體閃爍體探測器來捕捉它們產(chǎn)生的信號(hào)。
科研人員在有機(jī)玻璃球里注入透明的特制液體——液體閃爍體(簡稱“液閃”),當(dāng)中微子穿過球體時(shí),會(huì)有一定的幾率和液體里密布的氫核發(fā)生反應(yīng)。每一次反應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)正電子和一個(gè)中子,正電子隨即湮滅釋放出一個(gè)快信號(hào),中子則在反復(fù)碰撞后被其他氫核吸收并釋放出一個(gè)慢信號(hào)。一前一后兩次閃爍,就透露了中微子的行蹤。
“探測器越大,捕捉到的信號(hào)就越多,數(shù)據(jù)量就越大,就越能看到別人所看不到的。”江門中微子實(shí)驗(yàn)副發(fā)言人、中科院高能物理所研究員曹俊說,但是目前中微子仍有太多未解之謎,還是很難探測,很多實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展有限,最大原因就是捕捉到的中微子信號(hào)太少,數(shù)據(jù)太少。
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