近日，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所對(duì)外宣布，江門中微子實(shí)驗(yàn)裝置順利完成建設(shè)，并公布了首個(gè)重要物理成果。這一消息引發(fā)了公眾對(duì)中微子這一神秘粒子的廣泛關(guān)注。中微子作為物質(zhì)世界的基本構(gòu)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(guān)鍵角色。
江門中微子實(shí)驗(yàn)是我國(guó)新一代中微子探測(cè)設(shè)施，旨在通過(guò)高精度測(cè)量解開中微子的核心謎題。實(shí)驗(yàn)合作組物理分析負(fù)責(zé)人溫良劍介紹，基于59天的有效觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)成功測(cè)定了太陽(yáng)中微子振蕩參數(shù)混合角θ12及其相關(guān)質(zhì)量參數(shù)，測(cè)量精度較此前實(shí)驗(yàn)提升1.5至1.8倍。這一成果證實(shí)了此前通過(guò)太陽(yáng)中微子與反應(yīng)堆中微子測(cè)量結(jié)果間存在的“太陽(yáng)中微子偏差”，為探索新物理現(xiàn)象提供了重要線索。
中微子在宇宙中無(wú)處不在，但因其幾乎不與物質(zhì)發(fā)生相互作用，探測(cè)難度極高。科學(xué)家推測(cè)，這種神秘粒子可能隱藏著宇宙物質(zhì)與反物質(zhì)不對(duì)稱性的答案。根據(jù)大爆炸理論，宇宙誕生時(shí)物質(zhì)與反物質(zhì)應(yīng)等量存在，但現(xiàn)實(shí)中反物質(zhì)幾乎消失殆盡。中微子振蕩過(guò)程中可能存在的電荷共軛—宇稱對(duì)稱性破壞（CP破壞），被認(rèn)為是解釋這一現(xiàn)象的關(guān)鍵機(jī)制。而要測(cè)量CP破壞程度，首先需要確定中微子的質(zhì)量排序。
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目經(jīng)理王貽芳院士指出，當(dāng)前中微子研究聚焦三大方向：質(zhì)量起源、質(zhì)量排序以及是否為自身反粒子（馬約拉納粒子屬性）。他強(qiáng)調(diào)：“中微子質(zhì)量是影響宇宙演化的基本參數(shù)，明確質(zhì)量排序?qū)楹罄m(xù)研究奠定基礎(chǔ)。”江門中微子實(shí)驗(yàn)的核心目標(biāo)正是通過(guò)高精度測(cè)量確定中微子質(zhì)量順序，這一成果將直接推動(dòng)CP破壞測(cè)量和馬約拉納粒子驗(yàn)證等研究。
我國(guó)中微子研究始于大亞灣實(shí)驗(yàn)。2003年，王貽芳團(tuán)隊(duì)提出利用大亞灣核反應(yīng)堆群探測(cè)中微子第三種振蕩模式的方案。經(jīng)過(guò)三年籌備，該項(xiàng)目于2006年獲批立項(xiàng)，成為當(dāng)時(shí)我國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域最大的國(guó)際合作項(xiàng)目。2012年，大亞灣實(shí)驗(yàn)僅用55天就發(fā)現(xiàn)新型中微子振蕩，并精確測(cè)定混合參數(shù)θ13，其測(cè)量精度長(zhǎng)期保持世界領(lǐng)先。該實(shí)驗(yàn)不僅培養(yǎng)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(shí)驗(yàn)繼承使用，形成了科研傳承的獨(dú)特范例。
江門中微子實(shí)驗(yàn)裝置位于廣東江門地下700米處，其核心是一個(gè)直徑35.4米的有機(jī)玻璃球，內(nèi)裝2萬(wàn)噸液體閃爍體，規(guī)模為國(guó)際同類設(shè)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(chǎn)生的巨大浮力，研發(fā)團(tuán)隊(duì)采用鋼網(wǎng)架支撐結(jié)構(gòu)；通過(guò)數(shù)百倍提升液體純度，使光衰減長(zhǎng)度超過(guò)20米；自主研發(fā)的光電倍增管探測(cè)效率達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，可精準(zhǔn)捕捉中微子反應(yīng)產(chǎn)生的微弱閃光。這些技術(shù)突破使裝置具備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的能力，設(shè)計(jì)壽命達(dá)30年。
作為國(guó)際合作項(xiàng)目，江門中微子實(shí)驗(yàn)匯聚了來(lái)自17個(gè)國(guó)家和地區(qū)的75個(gè)科研機(jī)構(gòu)的700余名研究人員。實(shí)驗(yàn)裝置除攻克質(zhì)量排序難題外，還將拓展至太陽(yáng)中微子、地球中微子研究領(lǐng)域。若銀河系內(nèi)發(fā)生超新星爆發(fā)，該裝置可第一時(shí)間捕捉中微子信號(hào)，為恒星演化研究提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。王貽芳表示，隨著實(shí)驗(yàn)持續(xù)運(yùn)行，其超高精度將不斷產(chǎn)出新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，同時(shí)為培養(yǎng)下一代物理學(xué)家提供重要平臺(tái)。
