江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)中心探測(cè)器。新華社記者 金立旺攝
中微子是構(gòu)成物質(zhì)世界的基本粒子之一,也是宇宙中最古老、數(shù)量最多的粒子,從宇宙大爆炸起就彌散在宇宙中,無(wú)處不在卻又“神出鬼沒(méi)”,幾乎不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致人們不僅看不到,就連探測(cè)也十分不易。
JUNO探測(cè)器位于廣東省江門(mén)市附近的地下700米處,其核心探測(cè)器為有效質(zhì)量達(dá)2萬(wàn)噸的液體閃爍體探測(cè)器(中心探測(cè)器),安置于地下實(shí)驗(yàn)大廳44米深的水池中央;直徑41.1米的不銹鋼網(wǎng)殼作為主支撐結(jié)構(gòu),承載了35.4米直徑的有機(jī)玻璃球、2萬(wàn)噸液體閃爍體、2萬(wàn)只20英寸光電倍增管、2.5萬(wàn)只3英寸光電倍增管,以及前端電子學(xué)、電纜、防磁線(xiàn)圈和隔光板等眾多關(guān)鍵部件。它可以探測(cè)53公里外臺(tái)山和陽(yáng)江核電站產(chǎn)生的中微子,并以前所未有的精度測(cè)量它們的能譜。
JUNO在試運(yùn)行期間首批獲取的數(shù)據(jù)顯示,探測(cè)器關(guān)鍵性能指標(biāo)全面達(dá)到或超越設(shè)計(jì)預(yù)期,這使它能夠著手解決粒子物理學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重大問(wèn)題——中微子質(zhì)量排序,即第三種中微子(ν3)是否比第二種(ν2)更重。
與國(guó)際同類(lèi)實(shí)驗(yàn)相比,JUNO對(duì)質(zhì)量順序的測(cè)定不受地球物質(zhì)效應(yīng)和其他未知中微子振蕩參數(shù)的影響,并將顯著提高6個(gè)中微子振蕩參數(shù)中的3個(gè)參數(shù)的精度,使科學(xué)家能夠?qū)?lái)自太陽(yáng)、超新星、大氣和地球的中微子開(kāi)展前沿研究,從而開(kāi)啟探索未知物理的新窗口。
作為重大國(guó)際合作項(xiàng)目,JUNO由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所主導(dǎo),700名研究人員來(lái)自17個(gè)國(guó)家和地區(qū)、74個(gè)科研機(jī)構(gòu)。它的設(shè)計(jì)使用壽命達(dá)30年,后期可升級(jí)改造為世界最靈敏的無(wú)中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn),將探測(cè)中微子絕對(duì)質(zhì)量,檢驗(yàn)中微子是否為馬約拉納粒子,從而解決粒子物理、天體物理和宇宙學(xué)的前沿交叉熱點(diǎn)難題,并深刻影響人類(lèi)對(duì)宇宙的理解。
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