近日,中國科學院高能物理研究所對外宣布,江門中微子實驗裝置順利完成建設,并公布了首個重要物理成果。這一消息引發了公眾對中微子這一神秘粒子的廣泛關注。中微子作為物質世界的基本構成粒子之一,因其難以捕捉的特性,被稱為“幽靈粒子”,在宇宙演化研究中扮演著關鍵角色。
江門中微子實驗是我國新一代中微子探測設施,旨在通過高精度測量解開中微子的核心謎題。實驗合作組物理分析負責人溫良劍介紹,基于59天的有效觀測數據,研究團隊成功測定了太陽中微子振蕩參數混合角θ12及其相關質量參數,測量精度較此前實驗提升1.5至1.8倍。這一成果證實了此前通過太陽中微子與反應堆中微子測量結果間存在的“太陽中微子偏差”,為探索新物理現象提供了重要線索。
中微子在宇宙中無處不在,但因其幾乎不與物質發生相互作用,探測難度極高。科學家推測,這種神秘粒子可能隱藏著宇宙物質與反物質不對稱性的答案。根據大爆炸理論,宇宙誕生時物質與反物質應等量存在,但現實中反物質幾乎消失殆盡。中微子振蕩過程中可能存在的電荷共軛—宇稱對稱性破壞(CP破壞),被認為是解釋這一現象的關鍵機制。而要測量CP破壞程度,首先需要確定中微子的質量排序。
實驗項目經理王貽芳院士指出,當前中微子研究聚焦三大方向:質量起源、質量排序以及是否為自身反粒子(馬約拉納粒子屬性)。他強調:“中微子質量是影響宇宙演化的基本參數,明確質量排序將為后續研究奠定基礎。”江門中微子實驗的核心目標正是通過高精度測量確定中微子質量順序,這一成果將直接推動CP破壞測量和馬約拉納粒子驗證等研究。
我國中微子研究始于大亞灣實驗。2003年,王貽芳團隊提出利用大亞灣核反應堆群探測中微子第三種振蕩模式的方案。經過三年籌備,該項目于2006年獲批立項,成為當時我國基礎科學領域最大的國際合作項目。2012年,大亞灣實驗僅用55天就發現新型中微子振蕩,并精確測定混合參數θ13,其測量精度長期保持世界領先。該實驗不僅培養了溫良劍等一批科研人才,其退役裝置的部分器件還被江門實驗繼承使用,形成了科研傳承的獨特范例。
江門中微子實驗裝置位于廣東江門地下700米處,其核心是一個直徑35.4米的有機玻璃球,內裝2萬噸液體閃爍體,規模為國際同類設備的20倍,分辨率提升1倍。為克服液體閃爍體與水的密度差產生的巨大浮力,研發團隊采用鋼網架支撐結構;通過數百倍提升液體純度,使光衰減長度超過20米;自主研發的光電倍增管探測效率達到國際領先水平,可精準捕捉中微子反應產生的微弱閃光。這些技術突破使裝置具備長期穩定運行的能力,設計壽命達30年。
作為國際合作項目,江門中微子實驗匯聚了來自17個國家和地區的75個科研機構的700余名研究人員。實驗裝置除攻克質量排序難題外,還將拓展至太陽中微子、地球中微子研究領域。若銀河系內發生超新星爆發,該裝置可第一時間捕捉中微子信號,為恒星演化研究提供關鍵數據。王貽芳表示,隨著實驗持續運行,其超高精度將不斷產出新的科學發現,同時為培養下一代物理學家提供重要平臺。











