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实验探测器捕捉“来去无踪”的中微子

时间:2022-11-18 22:12:46 来源:科普之家 作者:科普中国-重大科技成果解读 栏目:前沿 阅读:125

中微子是组成自然界的一种基本粒子,在宇宙中广泛存在。大多数粒子物理和核物理过程都伴随着中微子的产生,例如太阳发光、超新星爆发、宇宙射线、核反应堆发电等。

中微子也是目前最神秘的粒子之一。它们不带电,质量极小,几乎不与其他物质发生相互作用。它们如幽灵一般穿透地球,来无影去无踪,每秒钟就有3亿亿个来自太阳的中微子穿过每个人的身体。

中微子的最大特点就是几乎不与任何物质反应。我们感觉不到它的存在,科学上探测也极为困难。因此,中微子的发现和研究过程,饱含着几代科研人员的心血。

在这个领域,中国做出了重要贡献。2012年,大亚湾中微子实验室宣布发现新的中微子振荡模式,成为中微子研究的一个重要里程碑。2020年12月,大亚湾反应堆中微子实验圆满完成科学任务正式退役,同时另一“国之重器”也开始构建,那就是江门中微子实验探测器。

江门中微子实验(JUNO)位于广东省江门开平市,是由中科院和广东省共同建设的大科学装置,以测定中微子质量顺序、精确测量中微子混合参数为主要科学目标,并进行其他多项科学前沿研究。项目预计2024年建成运行,届时将成为国际中微子研究的中心之一。

江门中微子实验于2015年开始建设,建于广东江门开平市金鸡镇、赤水镇一带的打石山。目前已经完成了绝大部分的基础建设,无论是地下实验大厅,还是相关的水电气等设备,都已经完成,并安装到位,现在已经开始了探测器安装。

探测中微子,一种办法是通过液体闪烁体探测器来捕捉它们产生的信号。

科研人员在有机玻璃球里注入透明的特制液体——液体闪烁体(简称“液闪”),当中微子穿过球体时,会有一定的几率和液体里密布的氢核发生反应。每一次反应产生一个正电子和一个中子,正电子随即湮灭释放出一个快信号,中子则在反复碰撞后被其他氢核吸收并释放出一个慢信号。一前一后两次闪烁,就透露了中微子的行踪。

“探测器越大,捕捉到的信号就越多,数据量就越大,就越能看到别人所看不到的。”江门中微子实验副发言人、中科院高能物理所研究员曹俊说,但是目前中微子仍有太多未解之谜,还是很难探测,很多实验研究进展有限,最大原因就是捕捉到的中微子信号太少,数据太少。

中国科协科普部

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