捉到“幽灵粒子”，江门中微子实验正式运行

江门中微子实验中心探测器内部的有机玻璃球及光电倍增管。中国科学院高能物理研究所供图

本报讯（记者倪思洁）8月26日，在广东省江门市，我国新一代大型中微子实验装置——江门中微子实验（JUNO）完成了2万吨液体闪烁体灌注，并开始正式运行取数。试运行期间首批获取的数据显示，其探测器关键性能指标全面达到或超越设计预期。这标志着JUNO成为国际上首个运行的超大规模和超高精度中微子专用大科学装置。

“这是历史性的里程碑，也是国际上首次运行这样超大规模和超高精度的中微子专用大科学装置，将使我们能够回答关于物质和宇宙本质的基本问题。”JUNO合作组发言人、中国科学院院士王贻芳说。

在现场，监控显示屏圆球形的界面上时不时出现红色印记——这就是“幽灵粒子”的踪迹。此时，地下700米深处，35.4米直径的巨型有机玻璃球装满了让中微子现身的液体闪烁体，整个玻璃球泡在超纯水中。有机玻璃球外侧有2万只20英寸光电倍增管、2.5万只3英寸光电倍增管，用来探测中微子与液体闪烁体相互作用产生的闪烁光，并将其转换为电信号输出。科学家估计，这个装置一天可以“捉”到大约60个“幽灵粒子”。

这样大型的装置，仅建设就耗时10余年。JUNO总工程师马骁妍介绍，2015年工程启动隧道和地下实验室建设；2021年12月完成实验室建设并开始探测器在地下实验室的安装建设；2024年12月探测器主体建设完成并开始灌注超纯水与液体闪烁体；灌装过程中，项目团队首先在45天内完成超过6万吨超纯水的灌注，随后将2万吨液体闪烁体精准注入有机玻璃球内，并同步完成原有纯水的置换。

JUNO副发言人、意大利米兰大学及国家核物理研究所（米兰）的教授乔阿基诺·拉努奇表示，这一重要成就也得益于许多来自中国以外的研究团队的富有成效的合作。作为一项由中国科学院高能物理研究所主导的重大国际合作项目，JUNO成员涵盖来自17个国家和地区、74个科研机构的近700名研究人员。

江门中微子实验最主要的科学目标是对中微子进行质量排序。中微子是组成自然界的最基本的粒子之一，具有极强的穿透力、难以探测，因此又被称为“幽灵粒子”。人类已知的中微子有电子型中微子、缪子型中微子、陶子型中微子3种。测量3种中微子质量顺序被认为是未来10年粒子物理学领域关注的一个重大问题。

“JUNO可以探测53公里外台山和阳江核电站产生的中微子，并以前所未有的精度测量它们的能谱。”王贻芳说，“与国际同类实验相比，JUNO对质量顺序的测定不受地球物质效应和其他未知中微子振荡参数的影响，并将显著提高探测的精度。”

此外，JUNO还使科学家能够对来自太阳、超新星、大气和地球的中微子开展前沿研究，对不活跃中微子和质子衰变进行搜寻。

王贻芳介绍，JUNO的设计使用寿命为30年，后期可升级改造为世界最灵敏的无中微子双贝塔衰变实验，用于探测中微子绝对质量，检验中微子是否为马约拉纳粒子，并解决粒子物理、天体物理和宇宙学的前沿交叉热点难题。

《中国科学报》 (2025-08-26 第1版 要闻)