大灣區地下700米，打造頂級物理“神器”，只為探索宇宙奧秘

太空記18:15泛舟計劃獲獎作者

在運行了整整3275天11小時43分鐘後，埋藏在深圳大鵬新區大亞灣核反應堆旁花崗岩山腹底的大亞灣中微子實驗裝置終於圓滿完成任務，正式退役。

不過這並不代表我們對中微子研究的步伐已然停滯，江門中微子實驗基地將作為新的“接棒人”繼續開展下一階段的探索，如若進程順利，這個深居大灣區地下700米的2萬噸“巨球”必會成為全中國、乃至整個世界物理研究領域的頂級神器！

中微子無處不在

你知道嗎？不管你是在吃飯、睡覺、還是走路時，每秒鐘都會有幾百到幾億個粒子從你的身體裏穿過，但你卻沒法感知到它們的存在，它們就好像幽靈一樣穿梭於地球和宇宙之間，它們就是中微子。

作為組成自然界最基本的一種粒子，中微子不僅個頭小，而且質量輕，不帶電的它們能夠以接近光速運動，卻和其他幾乎所有物質僅有極為微弱的相互作用，所以我們基本沒法感知到中微子的存在，科學家也把它們稱作宇宙間的“隱身人”。

中微子的發現

最初中微子這一概念被提出是源自19世紀末到20世紀初之間物理學界對放射性的研究中，從假說的出現到定理大致輪廓的形成也就只用了短短3年時間。後來不斷有科學家在實驗中發現並觀測到中微子，但首次捕捉高能中微子還是在2013年，跨過了近一個世紀的維度。

中微子雖是迄今為止人類了解最少的一種基本粒子，卻依舊在物理學中占據了極為重要的地位，堪稱高能物理學科的寵兒。

中微子的重要性

按照我國科學院高能物理研究所副所長曹俊的原話所說：探索中微子領域的研究，填補著大片未知的空白，既能完善人類對物質世界最基本規律的認識，又可以對現有粒子物理論的標准模型進行突破，在中微子領域發掘得越深，越能開啟新物理世界的大門，甚至能聯動包括宇宙學、天文學等等多種學科，意義非凡。

中微子的探測難度

由於中微子和其他物質相互作用極小的特性，致使中微子的研究過程十分困難。

首先用於探測中微子的儀器一定要足夠大，才能發現到足夠數量的中微子，其次要隔絕一切可能干擾到研究過程的影響因素，比如宇宙射線之類的，所以中微子的探測儀器和研究基地大多數都得建在地底下。

首次捕捉到高能中微子的粒子探測器就是深埋在南極冰山之下的，捕捉到的也是源自太陽系以外的高能中微子，並非地球乃至太陽系內的。

從原則上來說，中微子兩兩組合能夠產生三種振蕩模式，前兩種早在上個世紀末就已經被發現，唯獨第三種仍是未知。

中微子探測之中國力量

為了能在這個極具科學意義的領域有所突破，各個大國都相繼進行了實驗研究，我國自然也不示弱。依據核反應堆和天然山地地形帶來的絕對優勢，建立了大亞灣中微子研究基地，後發制人、分秒必爭，終於搶在了競爭對手實驗結束前25天順利發現了中微子的第三種振蕩模式，並成功測量到其振蕩幾率。

而整個大亞灣中微子實驗都被美國學者稱之為“有史以來來自中國最重要的物理實驗結果”。

從大亞灣到江門

既然大亞灣中微子實驗目標已經完成，讓設備繼續運行只會浪費財力物力，於是我國科學家開啟了下一階段的科研任務——利用已經探測到的反應堆中微子振蕩確定中微子質量順序，並提前在江門市著手開鑿中微子實驗室，按照預期大約會在明年建成。

據兩次中微子實驗項目的主要負責人，也是我國高能物理科學院高能物理研究所所長王貽芳院士所說：此次的江門中微子實驗基地建在江門開平市金雞鎮到赤水鎮一帶的打石山地區，具體位於陽江及台山兩大核電站的垂直平分線上，離了大概有53公里左右。

此次項目預計會建造一個有史以來最為複雜、也是最為龐大的液體閃爍體探測器來探測捕捉中微子。

這個探測器身居大灣區地下700米處，能量分辨率可達到精細的3%，先進程度前所未有，且擁有約12層樓的高度和將近2萬噸的重量，裏面全是液體閃爍體。

簡單來說，這些液體閃爍體是探測器探測中微子的介質，當有中微子穿過液體閃爍體時兩者會奇跡般地相互碰撞，散發出十分微弱的光芒，這種光芒會被光電倍增管探測到，以此來捕捉中微子信號，至於中微子質量順序的問題還需要我國科學界進一步去探究。

從目前世界各國的中微子研究歷程可以得知，我國的正在建設中的江門中微子實驗基地配備的探測器不僅是國內史無前例的存在，更是世界同領域尖端科技的核心。

它不但標志著我國中微子實驗完成質的飛躍，奠定了我國在國際上的絕對領先地位，更能推動整個物理界有關探索中微子邁進的步伐，成為人類從了解物質到入微宇宙的一大頂尖神器。