追寻粒子世界的“隐世高手”

江门中微子探测器示意图：球形的中微子探测器置于水池中心，上下与四周均被2米以上的水包围以屏蔽本底，在水池顶部采用径迹探测器作为反符合探测器，钢网架上安放光电倍增管以探测中微子。图片来源：江门中微子实验官网

轻如尘、快似光，能够轻易穿越各种物体，还能时不时“变身”——中微子无疑是基本粒子世界里的“隐世高手”；此外，它们或许还隐藏着有关宇宙大爆炸的绝世秘密。正因如此，任何关于它们的线索都可谓价值连城。

据日本媒体近日报道，日本文部科学省将建设探测中微子的下一代“顶级神冈”（Hyper-K）探测器，计划于2025年后投入使用，旨在揭示宇宙起源和物质诞生等谜团。

中国科学院高能物理学家曹俊研究员对科技日报记者说：“中微子探测器需要一个极干净的环境：需要放在很深的地下，用岩石阻挡宇宙射线；需要泡在水中，用水来阻挡来自岩石、空气等的天然放射性。”他介绍，除了“顶级神冈”，中国江门中微子实验（JUNO）装置以及美国“深部地下中微子实验”（DUNE）设施也分别将于2022年和2026年“上岗”，这三大中微子实验，有望为我们揭开宇宙中最难以捉摸的幽灵粒子的“神秘面纱”。

江门中微子实验装置

迄今，人类研究中微子已经超过半个世纪，但对其性质至今仍然没有详细的了解，甚至连它的确切质量也不清楚。为此，科学家们新建了一些实验装置，希望“掀起它的盖头来”。

打头阵的将是位于广东的正在建设的江门中微子实验装置，它是中国前所未有的最复杂高能物理实验装置，与目前最好的国际同类装置相比，它的规模大20倍，精度提高近一倍。

据曹俊介绍，江门中微子实验装置2015年开始建设，计划2021年底完成探测器建造。该装置包括位于地下700米的洞室、大型水池、一个装满2万吨液体和光电倍增管的中微子探测器以及少量配套设施。

会发出闪光的液体是探测中微子的介质。当大量中微子穿过探测器时，偶尔会在探测器内发生反应，发出极其微弱的闪光，从而被光电倍增管捕捉到。

曹俊表示：“江门中微子实验旨在测定中微子质量顺序、精确测量中微子混合参数，同时也将研究大气中微子、太阳中微子、超新星中微子、地球中微子等。测定中微子质量顺序，不仅有助理解微观的粒子物理规律，也将对宇宙学、天体物理学、地球物理学作出重大贡献。”

“深部地下中微子实验”

据美国趣味科学网站近日报道，设在美国的“深部地下中微子实验”由两部分组成，一部分位于费米实验室，包括一个巨大的中微子枪，其会将质子加速到接近光速，使其粉碎，在终端每秒射出数万亿个中微子。

这些中微子将从费米实验室出发，沿直线前进，直到它们撞上第二部分——约1300公里外、位于地下深处约1600米的桑福德地下研究设施，此处的探测器里约装有4万吨液态氩。

据悉，DUNE能够更好地描述中微子振荡的特性，还能探测到银河系和邻近星系中超新星释放的中微子等。

DUNE设施被认为是美国未来几十年的“旗舰实验室”，来自多个国家的专家将对实验室获得的数据进行分析，进一步了解中微子的“性格”。

“顶级神冈”探测器

日本文部科学省8月21日确定了在岐阜县飞