据报道,在广东江门地下700米的深处,一个耗时十余年打造的"科学巨兽"终于睁开了眼睛。江门中微子实验(JUNO)刚刚完成了2万吨液体闪烁体的精准灌注,这个被称为"幽灵粒子猎人"的大科学装置,正式开始了它的探测使命。
(江门中微子实验,成功完成2万吨液体闪烁体灌注)
1、十年磨一剑,中国打造“粒子捕手”
要知道,这可不是普通的科学实验——它是全球首个投入运行的超大规模、超高精度中微子专用探测装置。
中微子被称为"幽灵粒子",是宇宙中最基本的粒子之一,每秒钟都有数以万亿计穿过我们的身体,却几乎不与任何物质发生作用。它们就像宇宙中的隐形访客,来无影去无踪,让科学家们伤透了脑筋。而现在,JUNO就是要用前所未有的精度,捕捉这些飘忽不定的"幽灵"。
这个装置不仅规模空前,更重要的是它的精度达到了令人惊叹的水平。试运行期间获取的首批数据就显示,探测器各项关键性能指标全面达到甚至超越了设计预期。
(全球首个超大规模和高精度的中微子实验装置)
JUNO的核心科学目标直指粒子物理学领域最前沿的难题——确定三种中微子的质量顺序。这听起来可能有些专业,但打个比方就好理解了:就像我们要给三个隐形的、几乎无法称重的物体排序,而JUNO就是要用前所未有的精度完成这个看似不可能的任务。
2、地下700米,成功灌注2万吨液体
再让我们把视线投向这个科学奇迹的内部构造。JUNO探测器的核心是一个重达2万吨的液体闪烁体探测器,被安置在地下实验大厅44米深的水池中央。
这个设计堪称工程学上的杰作——直径41.1米的不锈钢网壳作为主支撑结构,承载着包括35.4米直径的有机玻璃球、2万只20英寸光电倍增管、2.5万只3英寸光电倍增管等众多关键部件。科学家估计,这个装置一天可以探测到约60个这样的信号,每一个信号都可能蕴含着宇宙的奥秘。
(地下700米的岩层,可以有效阻绝噪音干扰)
这个地下实验室的位置选择也很有说法。700米的岩层为探测器提供了完美的屏蔽环境,将宇宙射线等背景噪声降到了最低。而53公里外台山和阳江核电站,则成为了理想的中微子源——这个距离恰好是中微子振荡最显著的位置,为精确测量提供了最佳条件。
探测器的液体闪烁体更是科技的结晶。这种高纯度的特殊液体能够在被中微子撞击时发出微弱的光信号,然后由周围数万个光电倍增管捕捉并放大这些信号。每一个光电倍增管都像是一个极其敏感的眼睛,能够检测到单个光子的到来。
更令人惊叹的是灌装过程的精密程度。项目团队首先在45天内完成超过6万吨超纯水的灌注,将液位差控制到厘米量级,流量偏差不超过0.5%。随后历经半年的精细操作,才将2万吨液体闪烁体精准注入有机玻璃球内。
(核心组件包括一个44米深的水池,2万吨液体闪烁体探测器)
3、未来30年,科学届将焕然一新
JUNO项目的背后,是一个跨越17个国家和地区的庞大国际合作网络。由中国科学院高能物理研究所主导的这个项目,汇聚了全球74个科研机构的近700名研究人员,堪称国际科学合作的典范。
这种规模的国际合作不仅带来了顶尖的科研力量,更体现了人类对探索宇宙奥秘的共同追求。回顾这个项目的历程,堪称一部现代科学史诗。从2008年提出构想,到2013年获得中科院和政府的双重支持,再到2015年启动地下实验室建设,直至2024年完成探测器建设——整整16年的坚持与付出。
(JUNO项目由中国科学院主导,涉及17个国家和地区的国际合作)
特别值得一提的是,这个项目展现了中国在基础科学研究领域日益增强的领导力。从跟跑到并跑,再到某些领域的领跑,JUNO项目标志着中国在大科学装置建设方面已经达到世界领先水平。
更令人振奋的是,这个项目的生命周期预计将长达30年。在这期间,它不仅能够对来自太阳、超新星、大气层及地球的中微子开展前沿研究,后期还可升级改造为世界最灵敏的无中微子双贝塔衰变实验装置。
当这个深埋地下的"科学巨眼"开始凝视宇宙最微小的粒子时,它也在向世界宣告:在探索自然奥秘的道路上,中国正在成为不可或缺的重要力量。