追尋粒子世界的“隱世高手”

江門中微子探測器示意圖：球形的中微子探測器置于水池中心，上下與四周均被2米以上的水包圍以屏蔽本底，在水池頂部采用徑跡探測器作為反符合探測器，鋼網架上安放光電倍增管以探測中微子。圖片來源：江門中微子實驗官網

輕如塵、快似光，能夠輕易穿越各種物體，還能時不時“變身”——中微子無疑是基本粒子世界里的“隱世高手”；此外，它們或許還隱藏著有關宇宙大爆炸的絕世秘密。正因如此，任何關于它們的線索都可謂價值連城。

據日本媒體近日報道，日本文部科學省將建設探測中微子的下一代“頂級神岡”（Hyper-K）探測器，計劃于2025年后投入使用，旨在揭示宇宙起源和物質誕生等謎團。

中國科學院高能物理學家曹俊研究員對科技日報記者說：“中微子探測器需要一個極干凈的環境：需要放在很深的地下，用巖石阻擋宇宙射線；需要泡在水中，用水來阻擋來自巖石、空氣等的天然放射性。”他介紹，除了“頂級神岡”，中國江門中微子實驗（JUNO）裝置以及美國“深部地下中微子實驗”（DUNE）設施也分別將于2022年和2026年“上崗”，這三大中微子實驗，有望為我們揭開宇宙中最難以捉摸的幽靈粒子的“神秘面紗”。

江門中微子實驗裝置

迄今，人類研究中微子已經超過半個世紀，但對其性質至今仍然沒有詳細的了解，甚至連它的確切質量也不清楚。為此，科學家們新建了一些實驗裝置，希望“掀起它的蓋頭來”。

打頭陣的將是位于廣東的正在建設的江門中微子實驗裝置，它是中國前所未有的最復雜高能物理實驗裝置，與目前最好的國際同類裝置相比，它的規模大20倍，精度提高近一倍。

據曹俊介紹，江門中微子實驗裝置2015年開始建設，計劃2021年底完成探測器建造。該裝置包括位于地下700米的洞室、大型水池、一個裝滿2萬噸液體和光電倍增管的中微子探測器以及少量配套設施。

會發出閃光的液體是探測中微子的介質。當大量中微子穿過探測器時，偶爾會在探測器內發生反應，發出極其微弱的閃光，從而被光電倍增管捕捉到。

曹俊表示：“江門中微子實驗旨在測定中微子質量順序、精確測量中微子混合參數，同時也將研究大氣中微子、太陽中微子、超新星中微子、地球中微子等。測定中微子質量順序，不僅有助理解微觀的粒子物理規律，也將對宇宙學、天體物理學、地球物理學作出重大貢獻。”

“深部地下中微子實驗”

據美國趣味科學網站近日報道，設在美國的“深部地下中微子實驗”由兩部分組成，一部分位于費米實驗室，包括一個巨大的中微子槍，其會將質子加速到接近光速，使其粉碎，在終端每秒射出數萬億個中微子。

這些中微子將從費米實驗室出發，沿直線前進，直到它們撞上第二部分——約1300公里外、位于地下深處約1600米的桑福德地下研究設施，此處的探測器里約裝有4萬噸液態氬。

據悉，DUNE能夠更好地描述中微子振蕩的特性，還能探測到銀河系和鄰近星系中超新星釋放的中微子等。

DUNE設施被認為是美國未來幾十年的“旗艦實驗室”，來自多個國家的專家將對實驗室獲得的數據進行分析，進一步了解中微子的“性格”。

“頂級神岡”探測器

日本文部科學省8月21日確定了在岐阜縣飛