2025年8月26日，廣東江門地下700米深處，一座直徑41.1米的不銹鋼網(wǎng)殼托起巨型有機(jī)玻璃球，4.5萬(wàn)只光電倍增管“亮瞎眼”——江門中微子實(shí)驗(yàn)（JUNO）正式運(yùn)行取數(shù)。

這座耗時(shí)12年、總投資超30億元的大科學(xué)裝置，以“超級(jí)眼睛”姿態(tài)捕捉宇宙中最神秘的“幽靈粒子”中微子，標(biāo)志著我國(guó)在粒子物理領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的跨越。

中微子被稱為“宇宙信使”，其質(zhì)量排序測(cè)定是粒子物理未來(lái)十年核心問(wèn)題。JUNO通過(guò)探測(cè)53公里外臺(tái)山、陽(yáng)江核電站產(chǎn)生的中微子，以超高精度測(cè)量能譜，靈敏度超越國(guó)際同類實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)核心裝置包括2萬(wàn)噸液體閃爍體探測(cè)器、自主研發(fā)的20英寸光電倍增管陣列，以及全球首創(chuàng)的41.1米直徑不銹鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。

“這是人類首次建成如此規(guī)模的專用中微子探測(cè)器?！盝UNO合作組發(fā)言人王貽芳院士表示，實(shí)驗(yàn)將推動(dòng)中微子振蕩參數(shù)精度提升10倍，并為尋找質(zhì)子衰變、暗物質(zhì)等前沿課題提供平臺(tái)。

在江門開(kāi)平市金雞鎮(zhèn)打石山地下700米，一座直徑41.1米的不銹鋼網(wǎng)殼撐起人類探測(cè)中微子的“超級(jí)眼睛”。這座深埋花崗巖中的實(shí)驗(yàn)大廳，藏著全球有效質(zhì)量最大的2萬(wàn)噸液體閃爍體探測(cè)器——相當(dāng)于10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)游泳池的容量。

探測(cè)器核心是一個(gè)35.4米直徑的有機(jī)玻璃球，周身密布4.5萬(wàn)只光電倍增管，其中2萬(wàn)只20英寸“黃金瞳”可捕捉比手機(jī)屏幕亮度低百億分之一的閃爍光。

為抵御地下巖層壓力，科學(xué)家采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)鋼罐，590根支撐桿將誤差控制在1毫米內(nèi)，創(chuàng)下“全球最大跨度地下洞室（49.5米）”紀(jì)錄。

“這里就像一座精密的地下鐘表廠。”總工程師馬驍妍比喻道。從2015年隧道開(kāi)挖到2024年探測(cè)器安裝，建設(shè)團(tuán)隊(duì)攻克了超純水灌注、有機(jī)玻璃球合縫等10余項(xiàng)世界級(jí)難題，最終讓這個(gè)“地下迷宮”具備每年捕捉2000億個(gè)中微子的能力。

在JUNO的“武器庫(kù)”中，最耀眼的當(dāng)屬自主研發(fā)的20英寸光電倍增管。此前，該技術(shù)被日本壟斷，單只價(jià)格高達(dá)2萬(wàn)元。中科院高能物理所聯(lián)合企業(yè)歷時(shí)11年攻關(guān)，最終將探測(cè)效率提升至30%，成本降低60%，并獲歐盟專利授權(quán)。

另一項(xiàng)突破是液體閃爍體的純化技術(shù)。實(shí)驗(yàn)要求2萬(wàn)噸液閃的放射性本底低于0.008克，相當(dāng)于在游泳池中撈出一粒鹽?？蒲袌F(tuán)隊(duì)通過(guò)蒸餾、過(guò)濾等工藝，將光衰減長(zhǎng)度提升至20米，創(chuàng)世界紀(jì)錄。意大利專家Marco Beretta感慨：“中國(guó)團(tuán)隊(duì)把‘不可能’變成了‘標(biāo)準(zhǔn)’?！?/p>

更令人驚嘆的是鋼結(jié)構(gòu)精度：直徑41米的網(wǎng)殼由2.8萬(wàn)根鋼管組成，螺栓孔公差僅1毫米?！斑@相當(dāng)于在足球場(chǎng)大小的空間里，用樂(lè)高積木搭建埃菲爾鐵塔?！币晃豁?xiàng)目負(fù)責(zé)人這樣比喻。

中微子作為構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子，其質(zhì)量排序之謎困擾科學(xué)界半個(gè)世紀(jì)。JUNO通過(guò)測(cè)量反應(yīng)堆中微子能譜，可將質(zhì)量順序測(cè)定精度提升至99%，為“標(biāo)準(zhǔn)模型”補(bǔ)上關(guān)鍵拼圖。

更深遠(yuǎn)的意義在于探索宇宙起源。中微子可穿透1000億個(gè)太陽(yáng)厚度的物質(zhì)，攜帶著138億年前大爆炸的信息。JUNO將聯(lián)合“中國(guó)天眼”等裝置，構(gòu)建多信使天文學(xué)網(wǎng)絡(luò)，有望首次觀測(cè)到超新星爆發(fā)中的中微子暴。

“這就像給宇宙做CT掃描。”王貽芳院士打了個(gè)比方。實(shí)驗(yàn)還可能揭示中微子是否為自身反粒子（馬約拉納粒子），若證實(shí)，將顛覆粒子物理理論框架，甚至為暗物質(zhì)探測(cè)提供新路徑。

江門中微子實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)使用壽命長(zhǎng)達(dá)30年，后期可升級(jí)改造為世界最靈敏的無(wú)中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)，用于探測(cè)中微子絕對(duì)質(zhì)量，檢驗(yàn)中微子是否為馬約拉納粒子。

這一研究將深刻影響粒子物理、天體物理和宇宙學(xué)的前沿交叉研究。如果中微子確實(shí)是馬約拉納粒子，即反粒子就是自身，將有助于解釋宇宙中物質(zhì)-反物質(zhì)不對(duì)稱性問(wèn)題。

而且，大科學(xué)裝置也是人才培養(yǎng)的搖籃。從大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)到江門中微子實(shí)驗(yàn)，一批年輕科研人員已成長(zhǎng)為項(xiàng)目骨干。總工程師馬驍妍、本底控制負(fù)責(zé)人趙潔等青年科學(xué)家，在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了技術(shù)與人才的雙重積淀。

國(guó)際合作是項(xiàng)目的另一大亮點(diǎn)。JUNO合作組涵蓋來(lái)自17個(gè)國(guó)家和地區(qū)、74個(gè)科研機(jī)構(gòu)的近700名研究人員，體現(xiàn)了中國(guó)主導(dǎo)的國(guó)際大科學(xué)合作的成熟與成功。

當(dāng)4.5萬(wàn)只“黃金瞳”持續(xù)凝視宇宙，人類對(duì)物質(zhì)本質(zhì)的認(rèn)知，或?qū)⒂瓉?lái)新的“光年”。