科技之眼|素问|江门中微子实验是怎么探测“幽灵粒子”的？

记者11月19日从中国科学院高能物理研究所获悉，位于广东省江门市的江门中微子实验在建成两个月后首次发布成果，其对中微子相关参数的测量精度比此前实验的最好记录提高了1.5-1.8倍。

日前，记者就相关问题采访了中国科学院院士、江门中微子实验项目经理王贻芳。

问：中微子为什么被称为“幽灵粒子”？研究中微子有什么意义？

答：中微子是构成物质世界的基本粒子之一，也是宇宙中最古老、数量最多的粒子。大多数粒子物理和核物理过程都伴随着中微子的产生，例如核反应堆发电、太阳发光、超新星爆发等等。由于中微子不带电荷、质量极其微小，并且几乎不与任何物质相互作用，穿透能力强，导致人们不仅看不到，就连探测也十分不易，因此也被称为“幽灵粒子”。

中微子有大量谜团尚未解开，包括它的质量大小和起源、质量排序等。探测中微子并开展相关研究，对于理解微观世界规律和宏观宇宙的起源、演化等具有重要意义。

问：作为捕获“幽灵粒子”的大科学装置，江门中微子实验可以做什么？又是如何探测这些“幽灵粒子”的？

答：江门中微子实验以测量中微子质量顺序为首要科学目标，还可以更高精度测量中微子振荡参数，并涉足超新星、地球中微子、太阳中微子等多项研究。

江门中微子实验的探测器核心是装在巨型有机玻璃球里的2万吨液体闪烁体，这个玻璃球是目前全球最大的有机玻璃容器，让液体闪烁体的体积比国际现有最大规模增大了20倍。这让探测器就像一只灵敏度拉满的“大眼睛”，能精准捕捉并探测中微子。

问：江门中微子实验的建设过程如何？

答：江门中微子实验于2008年提出构想，2015年开工建设，2025年8月26日正式运行取数。这是一个中国科学院高能物理研究所牵头的重大国际合作项目，成员涵盖来自17个国家和地区、75个科研机构的700多名研究人员。经过十余年的设计和建设，江门中微子实验在高探测效率光电倍增管、超高透明度液体闪烁体、超低本底材料和精密刻度系统等核心领域实现重大突破，成为国际上首个建成的新一代超大规模、超高精度的中微子实验装置。

问：这次江门中微子实验测量的参数是什么？

答：中微子共有三种，分别是电子中微子、缪子中微子、陶子中微子。此前已有实验证明中微子存在振荡现象，即一种中微子在飞行过程中能自发转变成为另一种中微子。中微子的振荡间接证明了中微子具有微小的质量，而测量中微子振荡是目前探测中微子质量最灵敏的方法。

研究人员通过对江门中微子实验今年8月26日至11月2日共59天有效数据的分析，测量出描述中微子振荡的两个参数，比此前实验的最好精度提高了1.5-1.8倍。

问：江门中微子实验在建成两个月后就发布首个物理成果，有什么意义？

答：江门中微子实验一上线就提供了精确度极高的结果，不仅证明其性能完全达到甚至超过设计预期，更让人类距离确定中微子质量顺序的目标近了一大步，为未来寻找超出粒子物理标准模型之外的新物理现象提供了支撑。未来几十年里，江门中微子实验将持续开展中微子物理前沿研究、产生重要物理成果，为人类解开宇宙奥秘写下新篇章。

记者：金立旺 刘祯 邓华

编辑：任超 胡秋思

视频素材来源：中国科学院高能物理研究所

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