在广东江门地下700米的深处,一项旨在探索宇宙最古老基本粒子的宏伟科学实验正在紧锣密鼓地进行中。这里,是江门中微子实验大科学装置的所在地,一个承载着人类探索宇宙奥秘梦想的巨型实验室。
该实验的核心,是一个位于地下实验大厅内44米深水池中央的液体闪烁体探测器,也被称为中心探测器。这个探测器的有效质量达到了惊人的2万吨,是科研团队多年心血的结晶。它的主体结构是一个直径41.1米的不锈钢网壳,内部承载着直径35.4米的有机玻璃球,以及两万吨的液体闪烁体和数万只光电倍增管。
这些光电倍增管布满了中心探测器的内壁,它们的作用是将中微子被液体闪烁体“俘获”时产生的闪烁光转换为电信号,从而实现对中微子的探测。与目前国际上的最好水平相比,江门中微子实验的中心探测器在多个方面都有着显著的提升。例如,其液体闪烁体的体积增大了20倍,光电子产额增大了3倍,能量分辨率更是提高了2倍,达到了前所未有的3%。
除了中心探测器外,水池本身也扮演着重要的角色。它不仅作为水契伦科夫探测器,还与顶部的宇宙线径迹探测器联合工作,共同探测宇宙线,以减少其对中微子探测的影响。同时,水池中的水还能有效地屏蔽岩石的天然放射性以及宇宙线在附近岩石中产生的大量次级粒子。
为了确保中心探测器的正常运行,科研团队在液体灌注方面进行了周密的计划。他们首先将超纯水灌满中心探测器有机玻璃球内外空间,这个过程需要2个月的时间。然后,再用6个月的时间将有机玻璃球内部的超纯水置换为液体闪烁体。预计整个灌注任务将在2025年8月完成,届时江门中微子实验将正式开始运行取数。
江门中微子实验的首要科学目标是测量中微子的质量顺序,并在此基础上进行多项重大前沿研究。中微子作为宇宙形成之初就存在的最古老也最原始的基本粒子,携带着大量关于宇宙和物质世界的神秘信息。因此,研究中微子对于人类认识宇宙和现存世界具有非常重要的意义,也是国际最前沿的基础科学之一。
江门中微子实验的建成和运行,将使我国在中微子研究领域的国际领先地位得到进一步巩固。它与日本的顶级神冈中微子实验和美国的深部地下中微子实验一道,共同构成了中微子研究的全球网络,为人类探索宇宙的奥秘提供了强有力的支持。