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地下700米探秘“宇宙幽灵”:中微子实验能否解开70年谜团?

   时间:2025-01-14 10:09:54 来源:ITBEAR编辑:快讯团队 发表评论无障碍通道

在中国广东省江门开平市的一片青山之中,隐藏着一个探索宇宙奥秘的前沿阵地——江门中微子实验大厅。这个深藏于地下700米处的科研设施,是中国科学家历经11年精心设计与建造的巨型探测器,旨在捕捉那些被称为“宇宙幽灵”的中微子。

为何科学家会将目光投向如此深邃的地下?原因在于,中微子作为宇宙中最古老且数量最多的粒子,其性质对于理解宇宙历史至关重要。然而,中微子质量极轻,以接近光速运动,且几乎不与任何物质发生反应,这使得探测它们变得异常困难。为了避开地面宇宙射线的干扰,科学家们选择将探测器安置在地下700米深处,这里如同一个天然的“过滤器”,能够大幅降低宇宙射线的强度。

江门中微子实验的核心设备是一座高达13层楼的巨型液体闪烁体探测器,它位于地下实验大厅内一个44米深的池子中央,由直径41.1米的不锈钢网壳支撑。探测器内部密布着数万个光电倍增管,这些设备能够将中微子与液体闪烁体作用时发出的微弱光信号转化为电信号,并放大千万倍,从而被科研人员记录下来。

工人在安装中心探测器上的光电倍增管

江门中微子实验选址于此,还因为这里距离阳江核电站和台山核电站均为53公里,形成了一个等腰三角形的布局,能够最大限度利用两个核电站的总功率,提高实验精度。实验的主要目标是测量核电站反应堆的中微子振荡,尤其是当实验装置距离核电站反应堆50至55公里时,中微子振荡会出现极大值,对中微子质量顺序的测量最为灵敏。

中微子的研究历史悠久,但至今仍有诸多未解之谜。尽管中微子的存在早在1956年就被证实,并多次获得诺贝尔奖,但科学家们对于中微子的质量、起源、质量顺序以及是否造成宇宙中物质与反物质的不对称等关键问题仍知之甚少。江门中微子实验接过前辈的接力棒,旨在解答这些长达70年的科学谜题。

根据规划,江门中微子实验的设计寿命为30年,预计在正式运行后的5到10年内完成测量中微子质量顺序这一最主要的科学目标。同时,科研人员还将致力于提高中微子振荡参数的测量精度,涉足超新星、地球中微子、太阳中微子等研究领域。在2030年左右,探测器还将进行改造升级,以测量中微子的绝对质量。

江门中微子实验的建设不仅推动了相关技术的国产化与产业发展,还体现了大科学计划的牵引作用。在国产新型光电倍增管研制、高性能液体闪烁体研制、超大型高精度探测器设计制造等一系列前沿技术领域,科研人员取得了实质性突破。建成后,江门中微子实验将成为国际中微子研究的中心之一,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形成三足鼎立之势,进一步巩固中国在中微子研究领域的国际领先地位。

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