在廣東江門開平的打石山深處，一座神秘的地下宮殿正在運(yùn)轉(zhuǎn)。穿過長(zhǎng)達(dá) 2 公里的隧道，深入地下 700 米的花崗巖層，一個(gè)直徑 35.4 米的巨型有機(jī)玻璃球懸浮在 44 米深的水池中，猶如一只巨大的 “眼睛”，凝視著宇宙的深處。這就是江門中微子實(shí)驗(yàn)（JUNO），人類探索微觀世界與宇宙奧秘的最前沿陣地江門開平市人民政府。

一、捕捉 “幽靈” 的超級(jí)工程

中微子，這種被稱為 “宇宙隱身人” 的粒子，幾乎不與任何物質(zhì)發(fā)生作用。據(jù)測(cè)算，每秒鐘有 650 萬億個(gè)太陽中微子穿過我們的身體，而我們卻毫無察覺。要想捕捉到它們，需要極端精密的設(shè)備和近乎苛刻的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

江門中微子實(shí)驗(yàn)的核心是一個(gè)裝載 2 萬噸液體閃爍體的有機(jī)玻璃球。這種液體閃爍體由線性烷基苯（LAB）、熒光劑 PPO 和波長(zhǎng)位移劑 bis-MSB 組成，能夠?qū)⒅形⒆优鲎伯a(chǎn)生的微弱閃光放大。有機(jī)玻璃球的制造精度達(dá)到了 “毫米級(jí)”——12 厘米厚的球面厚度偏差不超過 1 毫米，相當(dāng)于在 3 層樓高的球體表面，誤差不超過一根頭發(fā)絲的直徑。

環(huán)繞在有機(jī)玻璃球周圍的是 4.5 萬只光電倍增管，其中 2 萬只直徑達(dá) 51 厘米的大型管如同 “瞳孔”，負(fù)責(zé)捕捉最微弱的光信號(hào)。這些光電倍增管的靈敏度極高，能夠探測(cè)到單個(gè)光子的閃爍，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后放大千萬倍江門開平市人民政府。

為了屏蔽外界干擾，整個(gè)探測(cè)器被浸泡在 6 萬噸超純水中。這些水的純度達(dá)到了 18.2 兆歐?厘米，幾乎不含任何雜質(zhì)，比實(shí)驗(yàn)室用的蒸餾水還要純凈 100 倍江門開平市人民政府。水池頂部還安裝了 2000 根光電倍增管，專門監(jiān)測(cè)宇宙射線產(chǎn)生的 μ 子，確保中微子信號(hào)不被干擾。

二、破解中微子的 “質(zhì)量密碼”

江門中微子實(shí)驗(yàn)的首要科學(xué)目標(biāo)，是確定中微子的質(zhì)量順序。目前已知中微子有三種類型（電子中微子、μ 子中微子、τ 子中微子），它們?cè)趥鞑ミ^程中會(huì)發(fā)生 “變身”，這種現(xiàn)象稱為中微子振蕩。但科學(xué)家們尚未確定這三種中微子的質(zhì)量順序 —— 到底是第三種中微子（ν?）最重，還是最輕？

這個(gè)問題的答案至關(guān)重要。不同的質(zhì)量順序會(huì)導(dǎo)致完全不同的宇宙演化圖景。例如，在 “正質(zhì)量順序”（ν?<ν?<ν?）下，中微子對(duì)宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的影響與 “反質(zhì)量順序”（ν?<ν?<ν?）截然不同。此外，中微子的質(zhì)量順序還直接影響著無中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，這一實(shí)驗(yàn)將揭示中微子是否為自身的反粒子，從而解答 “為何宇宙中物質(zhì)多于反物質(zhì)” 的終極謎題。

江門中微子實(shí)驗(yàn)的選址獨(dú)具匠心。它位于陽江核電站和臺(tái)山核電站的中軸線上，距離兩座核電站各 53 公里。在這個(gè)距離上，反應(yīng)堆產(chǎn)生的中微子振蕩效應(yīng)最為明顯，能夠更精確地測(cè)量中微子的能譜變化江門開平市人民政府。通過分析每天約 60 個(gè)中微子事例的數(shù)據(jù)，JUNO 預(yù)計(jì)在運(yùn)行 6 年后以 99% 的置信度確定中微子的質(zhì)量順序。

三、從大亞灣到江門：中國(guó)中微子研究的跨越

中國(guó)的中微子研究始于 2003 年的大亞灣實(shí)驗(yàn)。2012 年，大亞灣實(shí)驗(yàn)取得了歷史性突破 —— 首次發(fā)現(xiàn)了中微子的第三種振蕩模式，并精確測(cè)得了混合角 θ??的數(shù)值。這一發(fā)現(xiàn)被《科學(xué)》雜志評(píng)為當(dāng)年的十大科學(xué)突破之一，為江門實(shí)驗(yàn)奠定了理論基礎(chǔ)。

江門實(shí)驗(yàn)是大亞灣實(shí)驗(yàn)的 “升級(jí)版”。從幾十噸的探測(cè)器到 2 萬噸的超級(jí)裝置，從大亞灣的 3% 能量分辨率到江門的 2.95%（@1MeV），技術(shù)難度呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。例如，探測(cè)器的液體灌注過程堪稱 “工程奇跡”：在 45 天內(nèi)完成 6 萬噸超純水的灌注，同時(shí)將內(nèi)外玻璃球的液位差控制在厘米量級(jí)，流量偏差不超過 0.5%江門開平市人民政府。這相當(dāng)于在一個(gè)足球場(chǎng)大小的容器里，用輸液管的精度進(jìn)行注水。

更重要的是，江門實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新。例如，通過優(yōu)化液閃配方和光電倍增管布局，將光電子產(chǎn)額提高到 1665 PE/MeV，比國(guó)際同類實(shí)驗(yàn)高出數(shù)倍。這種超高的靈敏度，使得 JUNO 不僅能解決中微子質(zhì)量順序問題，還能開展超新星中微子、地球中微子、太陽中微子等多項(xiàng)前沿研究江門開平市人民政府。

四、打開宇宙奧秘的新窗口

江門中微子實(shí)驗(yàn)的科學(xué)價(jià)值遠(yuǎn)超粒子物理學(xué)領(lǐng)域。它將為我們揭示三大宇宙之謎：

1. 超新星爆發(fā)的終極奧秘當(dāng)大質(zhì)量恒星走向死亡時(shí)，會(huì)發(fā)生劇烈的超新星爆發(fā)。在爆發(fā)的最初 10 秒內(nèi)，恒星會(huì)釋放出 10??個(gè)中微子，攜帶的能量超過太陽一生輻射能量的總和。江門實(shí)驗(yàn)預(yù)計(jì)能探測(cè)到銀河系內(nèi)超新星爆發(fā)產(chǎn)生的 5000-8000 個(gè)中微子，幫助科學(xué)家驗(yàn)證 “中微子驅(qū)動(dòng)的延遲爆發(fā)機(jī)制”，揭開恒星演化的最后篇章。

2. 地球內(nèi)部的熱核反應(yīng)堆地球內(nèi)部的放射性元素衰變會(huì)產(chǎn)生中微子，稱為 “地球中微子”。通過測(cè)量地球中微子的能譜，江門實(shí)驗(yàn)可以精確反演地幔中鈾、釷等元素的分布，揭示地球內(nèi)部的 “熱引擎” 如何運(yùn)轉(zhuǎn)。這對(duì)于理解地球演化和資源勘探具有重要意義。

3. 宇宙暗物質(zhì)的蛛絲馬跡中微子雖然質(zhì)量微小，但數(shù)量極多，它們的總質(zhì)量對(duì)宇宙的引力場(chǎng)有顯著貢獻(xiàn)。江門實(shí)驗(yàn)將通過精確測(cè)量中微子質(zhì)量，為宇宙學(xué)模型提供關(guān)鍵參數(shù)，幫助科學(xué)家更深入地理解暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)。

五、未來：30 年的科學(xué)遠(yuǎn)征

江門中微子實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)壽命長(zhǎng)達(dá) 30 年，這意味著它將見證人類探索宇宙的漫長(zhǎng)征程。在完成中微子質(zhì)量順序測(cè)量后，JUNO 將升級(jí)為世界最靈敏的無中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)，直接探測(cè)中微子的絕對(duì)質(zhì)量江門開平市人民政府。如果實(shí)驗(yàn)成功，將徹底改變我們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)知 —— 中微子可能是一種 “馬約拉納粒子”，即自身的反粒子，這將為解釋宇宙中的物質(zhì) - 反物質(zhì)不對(duì)稱性提供新線索。

這座地下 700 米的 “宇宙之眼”，不僅是中國(guó)科技實(shí)力的象征，更是人類好奇心與探索精神的結(jié)晶。正如 JUNO 首席科學(xué)家王貽芳院士所說：“我們正在打開一扇新的窗口，去觀察那個(gè)我們從未真正了解的世界。每一個(gè)被捕捉到的中微子，都可能帶來顛覆現(xiàn)有理論的發(fā)現(xiàn)?！?/p>

在江門的地下深處，那片閃爍的液體仿佛是宇宙的倒影。當(dāng)我們凝視這顆 “地球之心” 時(shí)，看到的不僅是微觀粒子的舞蹈，更是人類對(duì)真理永無止境的追求。