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微信公眾號“中國科學(xué)院高能物理研究所”8月26日消息，在廣東省江門市，江門中微子實驗（JUNO）成功完成2萬噸液體閃爍體（一種高純度的特殊探測液體）灌注，并正式運行取數(shù)。經(jīng)過十余年的準備和建設(shè)，江門中微子實驗成為國際上首個運行的超大規(guī)模和超高精度中微子專用大科學(xué)裝置。試運行期間首批獲取的數(shù)據(jù)顯示，其探測器關(guān)鍵性能指標全面達到或超越設(shè)計預(yù)期。

中國科學(xué)院院士王貽芳表示，“完成江門中微子探測器灌注并開始運行取數(shù)，是一個突破性的進展。這是國際上首次運行這樣一個超大規(guī)模和超高精度的中微子專用大科學(xué)裝置，將使我們能夠回答關(guān)于物質(zhì)和宇宙本質(zhì)的基本問題?！?

位于水池內(nèi)（尚未灌水）的中心探測器（外部圖）

中微子是組成自然界的最基本的粒子之一，具有極強的穿透力、難以探測，因此又被稱為“幽靈粒子”。在現(xiàn)場，監(jiān)控顯示屏圓球形的界面上時不時出現(xiàn)紅色印記，這就是“幽靈粒子”的蹤跡?？茖W(xué)家估計，該裝置一天可探測約60個這樣的“幽靈粒子”。

JUNO探測到的一個反應(yīng)堆中微子事例

人類已知的中微子包括電子型、繆子型和陶子型三種。確定這三種中微子的質(zhì)量排序，是未來十年粒子物理學(xué)領(lǐng)域最受關(guān)注的重大問題之一。江門中微子實驗的主要科學(xué)目標，是測量第三種中微子（ν?）與第二種中微子（ν?）的質(zhì)量關(guān)系，即判斷ν?是否比ν?更重。

江門中微子實驗探測器位于廣東省江門市附近的地下700米處，可以探測53公里外臺山和陽江核電站產(chǎn)生的中微子，并以前所未有的精度測量它們的能譜。王貽芳介紹，與國際同類實驗相比，江門中微子實驗對質(zhì)量順序的測定不受地球物質(zhì)效應(yīng)和其他未知中微子振蕩參數(shù)的影響，并將顯著提高6個中微子振蕩參數(shù)中的3個參數(shù)的精度。

探測器核心為有效質(zhì)量2萬噸的液體閃爍體探測器（中心探測器），安置在地下實驗大廳44米深的水池中央。直徑41.1米的不銹鋼網(wǎng)殼作為主支撐結(jié)構(gòu)，承載了包括35.4米直徑的有機玻璃球、2萬噸液體閃爍體、2萬只20英寸光電倍增管、2.5萬只3英寸光電倍增管以及前端電子學(xué)、電纜、防磁線圈和隔光板等眾多關(guān)鍵部件。

中心探測器內(nèi)部的有機玻璃球及光電倍增管

這樣大型的裝置，僅建設(shè)就耗時10余年。江門中微子實驗由中國科學(xué)院高能物理研究所于2008年提出構(gòu)想，2013年得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（A類）支持，并在同年得到廣東省人民政府的支持。2015年工程啟動隧道和地下實驗室建設(shè)；2021年12月完成實驗室建設(shè)并開始探測器在地下實驗室的安裝建設(shè)；2024年12月探測器主體建設(shè)完成并開始灌注超純水與液體閃爍體。

總工程師馬驍妍表示，“建設(shè)JUNO是一段充滿非凡挑戰(zhàn)的旅程。這不僅需要新的想法和技術(shù)，還需要多年的精心規(guī)劃、測試和堅持。滿足材料純度、穩(wěn)定性和安全性等嚴格要求，需要數(shù)百名工程師和技術(shù)人員的奉獻。他們的團隊協(xié)作和忠誠使這個大膽的設(shè)計變成了一個功能齊全的探測器，如今它已經(jīng)準備好為中微子世界打開一扇新的窗口?！?

在灌裝過程中，項目團隊首先在45天內(nèi)完成超過6萬噸超純水的灌注，將內(nèi)外有機玻璃球的液位差控制到厘米量級，流量偏差不超過0.5%，有力保障了探測器主體結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。隨后歷經(jīng)半年的精細操作，將2萬噸液體閃爍體精準注入直徑35.4米的有機玻璃球內(nèi)，并同步完成原有純水的置換。

水池上方的頂部徑跡探測器

江門中微子實驗是中國科學(xué)院高能物理研究所主導(dǎo)的重大國際合作項目，成員涵蓋來自17個國家和地區(qū)、74個科研機構(gòu)的近700名研究人員。實驗不僅可對來自太陽、超新星、大氣層及地球的中微子開展前沿研究，還可進行不活躍中微子和質(zhì)子衰變的探索。

意大利米蘭大學(xué)及國家核物理研究所（米蘭）的教授喬阿基諾·拉努奇（Gioacchino Ranucci）表示，“我們今天宣布的這一重要成就，也是得益于許多來自中國以外的研究團隊的富有成效的國際合作，將此前液體閃爍體探測設(shè)施的專業(yè)知識帶入JUNO，共同推動了該技術(shù)達到極限邊界，為實驗宏偉的物理目標開辟了道路?！?

江門中微子實驗的設(shè)計使用壽命為30年，后期可升級改造為世界最靈敏的無中微子雙貝塔衰變實驗，用于探測中微子絕對質(zhì)量，檢驗中微子是否為馬約拉納粒子，并解決粒子物理、天體物理和宇宙學(xué)的前沿交叉熱點難題。

（觀察者網(wǎng)綜合央視新聞客戶端、微信公眾號“中國科學(xué)院高能物理研究所”等）