又一大国重器“正式上线”！江门中微子实验，究竟在做什么？

作者：阅读：283次　发布时间：2025-09-15 09:31:35

【导语】编者按：“工欲善其事，必先利其器。”前沿科技探索离不开强大科研设施支撑，我国诸多长期运行的大科学装置便是国之利器。8月26日，广东江门地下700米传来喜讯，中国江门中微子实验（JUNO）成功完成核心探测器2万吨液体闪烁体灌注并正式运行，旨在研究中微子质量排序问题。中微子为何神秘？实验装置如何设计？又能带来哪些科学突破？让麻豆影片色欲在线观看走进江门中微子实验，揭开“幽灵粒子”的神秘面纱。

编者按：“工欲善(shàn)其(qí)事(shì)，必(bì)先(xiān)利(lì)其(qí)器(qì)。”前(qián)沿(yán)科(kē)技(jì)的(de)探(tàn)索(suǒ)，离(lí)不(bù)开(kāi)强(qiáng)大(dà)科(kē)研(yán)设(shè)施(shī)的(de)支(zhī)持(chí)。在(zài)我(wǒ)国(guó)，就(jiù)有(yǒu)许(xǔ)多(duō)这(zhè)样(yàng)长(zhǎng)期(qī)运(yùn)行(xíng)的(de)大(dà)科(kē)学(xué)装(zhuāng)置(zhì)，它(tā)们(men)是(shì)现(xiàn)代(dài)科(kē)技(jì)取(qǔ)得(de)突破的必要条件，也是具有重大战略意义的国之利器。本系列文章将为你揭开大科学装置的神秘面纱，带你走进它们背后的科学与故事。

8月26日，广东江门附近700米深处的地下传来好消息：经过十多年的精心准备和建设，中国江门中微子实验（JUNO）终于成功完成了核心探测器2万吨的液体闪烁体灌注，正式开始运行。它的使命，是用于研究宇宙中最神秘的“幽灵粒(lì)子(zi)”——中(zhōng)微(wēi)子(zi)的(de)质(zhì)量(liàng)排(pái)序(xù)问(wèn)题(tí)。

那(nà)么(me)，究(jiū)竟(jìng)什(shén)么(me)是(shì)中(zhōng)微(wēi)子(zi)，我(wǒ)们(men)又(yòu)是(shì)怎(zěn)么(me)探(tàn)测(cè)它(tā)的(de)呢(ne)？今(jīn)天(tiān)，就(jiù)让(ràng)我(wǒ)们(men)走(zǒu)进(jìn)大(dà)科(kē)学(xué)装(zhuāng)置(zhì)的(de)第(dì)一(yī)站(zhàn)——江(jiāng)门(mén)中(zhōng)微(wēi)子(zi)实(shí)验(yàn)，来(lái)一(yī)探(tàn)究(jiū)竟(jìng)吧(ba)！

01看(kàn)不(bù)见(jiàn)的(de)“幽(yōu)灵(líng)粒(lì)子(zi)”

这(zhè)项(xiàng)实(shí)验(yàn)的(de)主角(jiǎo)——中(zhōng)微(wēi)子是一种非常(cháng)有(yǒu)趣(qù)的(de)粒子，它和麻豆影片色欲在线观看所熟悉的电子、夸克类似，都是组成物质的基本粒子。这里的“基本”表明，在麻豆影片色欲在线观看现在的物理学体系里面，它们都是不可分割的。但是，比起这几种麻豆影片色欲在线观看熟悉的粒子，中微子的存在更难被探测到，它也有着更多神秘的性质。

中微子的发现，来自于一种原子核反应——β衰变。一些放射性原子核内的中子，会释放出电子，然后自己转化为一个质子。但是在这个过程中，有一些能量却“不翼而飞”了。因此，应该还有一种难以探测的粒子，“偷走”了一部分能量。这个“小偷”就是后来人们发现的中微子。

β衰变示意图

其中最小的白色粒子是一个反电子中微子

来源：维基百科

“中”和“微”代表着，它是一种中性的，很小的粒子。中性，就是说它不带电荷，所以它不会与物质中的电子反应，也不会受到电磁场的影响。

而它的“微”更让人难以想象。对于原子核外的电子，你是否已经觉得它“很(hěn)轻(qīng)很(hěn)轻”了？现在，科学家们虽然还不能具体地确定中微子的质量，但已知的中微子的质量上限，还要比电子再轻一百万倍。

这样中性而微小的粒子，可以笔直地穿过遥远的宇宙空间，也可以笔直地穿过地球、穿过麻豆影片色欲在线观看的身体……就在此时，数万亿个中微子正在穿过麻豆影片色欲在线观看，但它们丝毫不会被麻豆影片色欲在线观看察觉，也不会对麻豆影片色欲在线观看产生危害。

中微子可以轻易地穿过地球

也不会受电荷的影响

来源：超级神冈实验官网

那么，中微子又是从哪里来的呢？它们主要来自于弱相互作用力相关的核反应。离麻豆影片色欲在线观看最近的恒星：太阳，就是一个这样巨大的中微子来源。除此之外，还有超新星爆发、宇宙射线与地球大气的碰撞、地球内部的放射性衰变等等，都能够“生产”中微子。所以，中微子还是一个优秀的“信使”，为麻豆影片色欲在线观看带来关于超新星、关于宇宙、关于(yú)地(de)球(qiú)内(nèi)部(bù)结(jié)构(gòu)的(de)消(xiāo)息(xi)。

不(bù)同(tóng)来(lái)源(yuán)的(de)中(zhōng)微(wēi)子(zi)与(yǔ)它(tā)们(men)的(de)能(néng)量(liàng)分(fēn)布(bù)

来(lái)源(yuán)：费(fèi)米(mǐ)国(guó)家(jiā)实(shí)验室

除了这些自然界中存在的反应，还有人工制造中微子的方法：来自加速器中的高能粒子碰撞，或者来自核反应堆中的核裂变。核反应堆产生的中微子能量较低，但数量庞大。比如，每天为麻豆影片色欲在线观看的生活提供电力的核电站，它就有一个隐藏的“斜杠身份”——一座稳定输出的“中微子工厂”。

02大山深处的“水晶球”

江门中(zhōng)微(wēi)子(zi)实(shí)验(yàn)的(de)装(zhuāng)置(zhì)，主要捕获的就是来自核电站的中微子。为了做到这一点，它的位置可不是随便选的。

它距离中微子源——广东阳江和台山的两座核电站都是53公里，对于这项实验的科学目标：测量中微子的质量顺序来说，恰好处于合适的距离范围。而且，这里又在大山深处，有了厚重山体的保护，再加上深埋地下，它就能够屏蔽宇宙射线的干扰，收集到分辨率更高的中微子数据。

用于收集数据的核心装置，是一个直径为35.4米的有机玻璃巨大“水晶球”，安装在用于屏蔽干扰信号的水池中央。在这个球内部，填充有有效质量2万吨的液体闪烁体。液体闪烁体的主要成分是线性烷基苯，这是一种无毒无害的有机物，也是麻豆影片色欲在线观看日用洗涤剂的主要原材料。

安装过程中的中心探测器

来源：JUNO官网

中微子这样来无影去无踪的粒子，在经过这些液体闪烁体时，却有可能留下蛛丝马迹——一些微弱的光。这些光(guāng)会(huì)被(bèi)传(chuán)到(dào)玻(bō)璃(lí)球(qiú)外(wài)层(céng)的(de)“火(huǒ)眼(yǎn)金(jīn)睛(jing)”——光(guāng)电(diàn)倍(bèi)增(zēng)管(guǎn)上(shàng)。

为(wèi)了(le)JUNO实(shí)验(yàn)装(zhuāng)置(zhì)的(de)建(jiàn)设(shè)，我(wǒ)国(guó)的(de)科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)联(lián)合(hé)企(qǐ)业(yè)，成功研制并量产了 20英寸微通道板型光电倍增管。它们可以将微弱的光成倍地放大，转化为可以被探测到的电信号。这就是JUNO装置探测中微子的基本方法。

这样精妙的设计，大型的工程，可不是一蹴而就的，它凝结了科学家们十多年的心血。从2008年中国科学院高能物理研究所提出构想，到2013年获得国家和地方政府的大力支持，再到2015年启动地下实验室建设，每一步都充满挑战。

好在，功夫不负有心(xīn)人(rén)，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)的(de)努(nǔ)力(lì)终(zhōng)于(yú)取(qǔ)得(de)了(le)收(shōu)获(huò)。JUNO在(zài)试(shì)运行期间首批获取的数据显示，其探测器关键性能指标全面达到或超越设计预期，它的能量分辨率也达到了国际领先的水平。

03这一次，麻豆影片色欲在线观看能知道什么？

江门中微子实验的主要目标，是用于解答中微子的“质量顺序问题”，这又是什么意思呢？

这涉及到中微子的另一个奇特性质：中微子振荡。

用通俗的话说，这就像中微子对外有三种“身份”，而且这三种“身份”在传播的过程中还可以互相转换。这本质上的原因是，每个中微子的外在“身份”，都是由三个“内在人格”按照不同比例组合而成的。

中微子的“外在身份”

就好像穿着不同的衣服，可以改变

来源：Syracuse University

这三个“内在人格”，就是中微子的“质量本征态”，它们各自有着非常小的质量，但又有着细微的差异。因为这微小的质量差异，在一个中微子“出发”之后，它的三个“内在人格”跑起来的步调却不太相同，导致了在不同的时刻，这三者出现的比例也有多有少。在表面上看，就好像是中微子在不停地“切换身份”一样。

那么，这三个质量分别是多少？很可惜，现在还没有实验能测定出一个精确的值。现在人们只知道，质量1和质量2之间的差距并不大，但是和质量3相差却很大。所以，这里就存在两种可能性：

两种中微子质量顺序

来源：JUNO Collaboration / JGU-Mainz

一种可能是质量3比质量1和2都大不少，科学家把它命名为“正常质量顺序”，另一种则是质量3比质量1和2都小，这种就叫做“反常质量顺序”。到底哪一种是对的呢？这就是中微子研究领域中十分重要的下一步，也就是“质量顺序问题”。它正期待着江门的全新实验装置为麻豆影片色欲在线观看解答。

以上，就是江门中微子实验的(de)“主线(xiàn)任(rèn)务”，不过，这样好的探测器，当然还要更加地“物尽其用”。

所以，它还有许多“支线任务”：探测来自大气、太阳、超新星以及地球内部的其他中微子。这使它不仅能在粒子物理领域做出重大贡献，还有可能对宇宙学、天体物理、乃至地球物理都做出贡献。在这个(gè)探测器30年的使用寿命结束之后，它还可以继续升级改造，用于探索中微子领域的其他问题。

04结语

看到这里，你是不是对江门的中微子实验多了一些了解呢？不过，如果你觉得自己还是对中微子十分陌生，其实也没有关系。因为，它就是这样一种神秘的粒子，即使是科学家们，对它的认识也还有着许许多多的困惑。

不过，正是因为在它身上还有这么多的谜团，它才吸引了全球这么多的科学家为它努力。或许其中任何一个谜团的解答(dá)，都(dōu)会(huì)成(chéng)为(wèi)打(dǎ)开(kāi)新(xīn)物(wù)理(lǐ)大(dà)门(mén)的(de)一(yī)把(bǎ)钥(yào)匙(shi)。期(qī)待(dài)未(wèi)来(lái)，中(zhōng)国(guó)科(kē)学(xué)家(jiā)的(de)成(chéng)果(guǒ)能(néng)够(gòu)为(wèi)这(zhè)个(gè)领(lǐng)域再(zài)添(tiān)上(shàng)浓(nóng)墨(mò)重(zhòng)彩(cǎi)的(de)一(yī)笔(bǐ)！

参(cān)考(kǎo)资(zī)料(liào)：

1、http://www.cas.cn/syky/202508/t20250825_5080313.shtml

2、http://www.ihep.cas.cn/dkxzz/juno/

3、张(zhāng)端(duān)明(míng). 中(zhōng)微(wēi)子(zi) [M]. 石(shí)家(jiā)庄(zhuāng): 河(hé)北(běi)科(kē)学(xué)技(jì)术(shù)出(chū)版(bǎn)社(shè), 2019.

4、http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/sk/neutrino/about/

5、http://neutrinos.fnal.gov/types/energies/

6、陈(chén)少(shǎo)敏(mǐn). 后(hòu)中(zhōng)微子振荡发现的实验进展与展望[J]. 物理, 2017, 46(1): 1-11. DOI: 10.7693/wl20170101

7、倪思洁. 地下700米的孤勇者[N]. 中国科学报, 2022-8-25.

8、汪晓莲.粒子探测技术[M].中国科学技术大学出版社,2009.

9、http://www.symmetrymagazine.org/article/how-heavy-is-a-neutrino?language_content_entity=und

10、周顺. 中微子质量的起源[J]. 现代物理知识, 2015, 27(6): 61-64.

11、http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/12/514920.shtm