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走进在建的江门中微子实验装置:

深入地底探宇宙奥秘 看国之重器背后支撑力

来源:南方都市报     2023年07月23日        版次:GA04    作者:李芷琪 董淑云

  江门中微子实验装置,光电倍增管已在中心探测器上布满三圈。

  “此时此刻,光是你的指甲盖大小的面积就已经有千万亿个中微子穿透了。”

  中微子是构成物质世界的12种基本粒子之一,有大量谜团尚未解开。中国科学院高能物理研究所高级工程师物理学博士武建华说道,如果把中微子像激光一样聚在一起,能量足够高的话,可以定向地穿过核弹,使核弹失效,“就有点像《三体》里面的一些现象。”7月22日,由广东省委网信办联合广东省大湾区办主办的“未来已来·湾有引力”网络主题采风活动走进江门,深入地底探宇宙奥秘,看国之重器背后的支撑力量。

  工期十年

  实验装置地下建筑系国内最大地下洞室  

  沿着斜井轨道,如水晶球般的探测器正静卧于地底700米处,这里就是能捕获“幽灵粒子”的国之重器藏身地——江门中微子实验装置。

  中微子因无处不在且运动速度快,非常难捕获,也被称为“幽灵粒子”。江门中微子实验装置正建造一个有效质量为2万吨的球形液体闪烁体探测器,外形如同玻璃球般,也称为中心探测器。光电倍增管已在中心探测器上布满三圈,将用于捕获“幽灵粒子”,探测效率世界最高。

  “在我们研发出来之前,只有日本滨松能做,当时我们要采购2万个,他们要价每个是4万多块钱。”2013年,江门中微子实验装置刚立项,刚毕业的武建华就投入到了该项目中,面对远超预算的采购价,他与同是研究基础物理的同事一步步研究方案,联合国内几家企业共同研发,最终以1.8万元采购,目前,这些光电倍增管正一个个被安装在中心探测器上。“最近,日本那边正在做实验要采购这个光电倍增管,我们准备返销了。”武建华说道,“这是基于基础物理研究才发展出来的。”

  基础物理研究是物理学的一个分支,“做基础研究其实是很困难的。一个项目生命周期最少都要10年,或者更长的时间。实验装置建成后,每天只能捕获五六十个中微子数据,基本都要五六年才能积累成型。”物理学出身的武建华参与了江门中微子实验装置立项选址直至现在,“在江门待的最长时间有365天。”

  中微子实验装置地下建筑是国内最大的地下洞室。目前,江门中微子实验装置建设已完成一半,明年四月之前完成剩下的一半,预计明年年底开始运行。

  从选址到即将建成,历时十年,“等到真正的有成果出来,被同行、被国际认可说中国有这么一个中微子实验,并且能引领其他的研究,那我就感到挺自豪的。”武建华说。  

  湾区新时代

  接力做测量中微子质量顺序  

  十年聚变,沉睡在国内最大地下洞室的国之重器即将被唤醒,科研硕果正加速孕育中,湾区新时代即将到来。

  江门中微子实验装置就是接力大亚湾中微子实验室,做测量中微子质量顺序。位于深圳的大亚湾中微子实验室,在2012年成功发现了中微子的第三种震荡模式,这是中国诞生的一项重大物理成果,被称为中微子物理的一个里程碑。据武建华介绍,前面两种中微子震荡已经被日本、加拿大抢先研究并拿到诺贝尔物理学奖,“所以大亚湾中微子实验的成果可以说是诺奖级别的,下一个目标就是测量中微子质量顺序。”

  中微子质量顺序在宇宙演化、太阳及超新星中微子的产生与传播、各种长基线中微子振荡等方面有重要影响,是研究天体和地球内部的探针,将在检验超新星爆发机制、验证地球物理模型、研究太阳物理等方面发挥关键作用。

  中微子研究需要粒子物理、天体物理、宇宙学、地球科学等学科交叉研究,研究粒子物理一个途径就是观测宇宙射线,在《三体》中的其中一位主人公就是研究粒子物理。而中心探测器需浸泡在圆柱形水池中,这个水池也是水契仑柯夫探测器,可以探测到宇宙射线。

  “但目前最主要应用方向是用于通讯,因为它是直线的,如果把带有信息编码的中微子朝一个方向去发射接收,然后把它给破译出来,信息就会获取到了。”武建华介绍说。

  总第016期  

  采写:南都记者 李芷琪 董淑云  

  摄影:南都记者 伊凯文

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