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江门中微子实验装置建成背后:10多年坚守,破解幽灵粒子谜题

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2025年8月,江门中微子实验装置在广东顺利建成之时,我身处实验站现场的控制室,望着控制屏上的数据流,心中思绪万千,这一刻,我们已然等待了10多年。

极其难以探测的中微子,被称作“幽灵粒子”,身为从大亚湾中微子实验便已然开始研究“幽灵粒子”的科研工作者,我深切知晓江门实验的意义,那便是我们要凭借全新的精确程度去测量中微子振荡,进而破解其质量顺序的谜题,在项目开始的初期阶段,实验室还是一片正在挖掘的“山体”,我们戴着安全帽在施工的现场忙碌着,借助模拟计算以及理论研究,为探测器的研发以及性能的研究做好准备。

我们开始探测器的安装工作,是在2022年土建工程结束,地下实验大厅正式交付之后。那段日子我频繁往返于北京与江门之间。最为紧张的期间是从2024年1月到2025年2月,历经近3个月我都在江门持续工作,每日都得处理探测器的状态监控、任务分配以及各类突发状况。那段时期,工作与生活的界限变得极其模糊,脑海里充斥的都是探测器相关之事。

在2025年8月22日的夜晚,那时刻我记得是格外清晰的,那时我们正开展着有机玻璃球内液闪的置换工作,单单依靠传统办法是没办法精准判定完成时间的,随后我想出了一个方案,也就是借助放射源沿着导轨滑动起来,凭借测量计数率的变化去反向推断液面高度,结果是让人欣喜的,我们不但看到了液面呈现出持续下降的态势,还预估出完成时间大概在晚上10点,最终,液闪于晚上10点12分被彻底抽出,此方法的精度相比于传统方法提升了大概100倍,使得整个团队信心大幅增强。

江门中微子实验是一项国际合作的项目,科研人员多达700余名,他们来自17个不同的国家和地区。欧洲团队贡献了诸多探测器部件,泰国团队深度参与其中,巴基斯坦团队同样深度参与其中。这样一种跨越国界的科研合作,让我们深切感受到了“科学无国界”。

江门中微子实验装置建成背后:10多年坚守,破解幽灵粒子谜题(图1)

在2025年11月19日,那个特定的日子里我们发布了一项成果,一项属于物理范畴的首个成果。借助数据分析方式,我们把中微子振荡参数的测量精度予以提高,提高的幅度处于1.5到1.8倍这个区间。此结果能够证实,探测器的性能全然契合设计预期。而这仅仅只是开端,在未来的3到5年这一时间段内我们有希望,把测量精度更进一步提升到更高等级去。

有人发出疑问,中微子相关方面的研究距离平常的生活是那样遥远,为何要投入这般多的资源呢?我持有这样的观点,基础科学研究具备的价值常常是需要时间去予以证明的。中微子研究不但能够助力我们去领会宇宙的基本规律,而且还极有可能在未来收获到意料之外的发现。举例说明,凭借探测地球中的中微子这件事,我们能够对地壳以及地幔当中的放射性元素含量展开分析;借助捕捉超新星中微子这种方式,能够对恒星爆发的机制进行研究。这些研究正朝着为地球科学以及天体物理开拓全新方向这一目标迈进。瞻望“十五五”之际,我们会持续把焦点对准中微子质量顺序这一关键问题,与此同时,对地球中微子、超新星中微子等交叉研究予以拓展。

江门中微子实验装置,其设计的使用寿命为30年,我们会持续进行攻关,去捕捉“幽灵粒子”的踪迹,以此为探索宇宙的基本规律奉献力量 。

其中,作者身为中国科学院高能物理研究所实验物理中心中微子组的组长,由本报记者姜晓丹进行采访并整理 。

记者手记

江门中微子实验装置建成背后:10多年坚守,破解幽灵粒子谜题(图2)

探索未知,需要更多勇气与担当

将科研探索比作播种,它短期内很难让果实显现,然而却在一定程度上对人类认知的边界进行着延展。中微子研究也是这样的情况:它不但可以把宇宙的基本规律公开揭示出来,还存在孕育跨界应用的可能性,为地球科学以及天体物理科学促使全新的研究路径被打开;那些看起来距离遥远的观测,暗中正在为跨学科研究把地基铺设好。

将今天看似“没什么用处”的探索进行剖析,也许它恰恰就是能够解答未来众多科学研究问题的至关重要的钥匙,可以找到解决未来诸多科研问题的关键所在。为了能够捕获“幽灵粒子”内含的信息,勇于拼搏创新的意识在江门中微子科研团队中得以体现,在经历了一次次的失败以及迭代的过程当中,始终没有选择气馁抛弃,凭借着坚韧不拔的劲头与充满智慧力量的头脑,把原本不可能达成的事情一步一个脚印渐渐转变成了有可能实现的状态。当面临探测器运行期间出现的繁杂状况以及关键工艺方面存在的瓶颈难题时,科研工作者们不舍白昼黑夜认认真真地分析数据,反反复复地优化方案,并且还成功地提出了一种全新的测量思路,使得与之相关的精度在很大程度上得到了提升。在坚持的背后所蕴含的,是探索未曾知晓领域的那份勇气以及担当责任 。

基础科学有着独特魅力,这份魅力在于,它是以耐心去换取那或许存在的可能,凭借好奇心来照亮前行的道路,于时间的沉淀当中去蓄积科学给予的力量,。

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