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科学家在地下700米捉鬼

在广东省开平市金鸡山深处,一处深达 700 米的幽暗洞穴正进行着人类认知边界的终极挑战。2023 年竣工的江门中微子实验(JUNO),用直径 35.4 米的有机玻璃球构建起全球最大…

在广东省开平市金鸡山深处,一处深达 700 米的幽暗洞穴正进行着人类认知边界的终极挑战。2023 年竣工的江门中微子实验(JUNO),用直径 35.4 米的有机玻璃球构建起全球最大的液体闪烁体探测器,这座重达 2 万吨的 “宇宙收音机” 正在尝试捕捉每秒穿过人体的数万亿个中微子 —— 这种几乎没有质量、以近光速穿透万物的基本粒子,承载着破解宇宙演化密码的关键线索。

科学家在地下700米捉鬼插图

中微子研究正站在现代物理学的交汇点。2015 年诺贝尔物理学奖的颁发,确认了中微子在传播过程中会发生 “振荡” 现象,但关于其质量顺序的谜题仍未解开。JUNO 通过观测来自阳江、台山两座核电站的中微子流,计划在 6 年内以史无前例的精度测定中微子质量顺序,这将是继发现中微子振荡之后粒子物理领域的又一次重大突破。探测器核心装载的 2 万吨液体闪烁体,选用高透明度的烷基苯作为基础介质,当幽灵般的中微子偶尔与介质中的氢原子发生作用时,会激发出微弱的闪光信号。

这项工程的难度堪称当代科技奇迹。为了将环境辐射干扰降至十亿分之一水平,科研团队在 700 米深的灰岩地层中开辟出高 76 米、直径 40 米的洞室,其垂直误差控制在毫米级别。探测器主体结构采用不锈钢与有机玻璃的复合设计,既要承受地下水的巨大压强,又要保证 20 年使用寿命内的光学性能稳定。液体闪烁体的纯度要求达到万亿分之克量级,相当于在西湖中不能混入超过一粒食盐的杂质。

国际科学界已将 JUNO 视为中微子研究的核心平台。来自 17 个国家的 800 多位科研人员组成的团队,共同参与了光电倍增管研发、数据分析算法优化等关键技术攻关。当仪器灵敏度达到设计指标时,JUNO 不仅能捕捉太阳中微子和超新星爆发产生的星际中微子,还可能首次探测到地球内部放射性衰变产生的 “地热中微子”,为地球科学开辟新的观测维度。

这座地下实验室的终极目标,是构建粒子物理的 “标准模型之外” 的新理论框架。中微子极微小的质量与理论预测的矛盾,暗示着超越现有认知的物理规律存在。JUNO 收集的海量数据,可能为解释宇宙物质 – 反物质不对称性提供关键证据,这项发现将重构人类对宇宙起源与演化的理解。探测器在 2030 年前后还将承担起 “超新星预警系统” 的功能,通过捕捉引力波爆发前的中微子暴,为天文学界提供珍贵的预警窗口。

在量子计算与人工智能飞速发展的时代,JUNO 代表着人类探索自然法则的另一种执着。当数据洪流从地下 700 米源源不断地涌向全球实验室,那些被精确记录的微弱闪光,正在编织成破解宇宙奥秘的密钥。这座岭南群山中的科学装置,不仅承载着中国基础研究的雄心,更是全人类追问终极真理的共同见证。

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