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江門中微子實驗站地理位置（高能所供圖）

探秘“幽靈”粒子

——江門中微子實驗啟動紀(jì)實

正在建設(shè)的江門中微子實驗，其規(guī)模是大亞灣實驗的100倍，注視它的目光中有期待也有些許質(zhì)疑，但中國科學(xué)家們從未有絲毫退卻。他們借鑒大亞灣實驗的成功經(jīng)驗，組建有實力的隊伍，提出嚴(yán)謹(jǐn)可靠的實施方案，在我國科學(xué)基礎(chǔ)研究的重要轉(zhuǎn)型期，建設(shè)江門中微子實驗，并預(yù)計于2020年開展中微子質(zhì)量順序測量。

本報記者楊琪

1月10日下午，廣東省江門市開平市金雞鎮(zhèn)一個偏僻的山坳里熱鬧非凡，來自全球的300多名中外科學(xué)家齊聚于此，此刻，他們談?wù)摰脑掝}只有一個：江門中微子實驗（JUNO）啟動建設(shè)。這是繼大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗之后，由我國主持的第二個大型中微子實驗。

自從上世紀(jì)50年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)中微子以來，對它的研究始終被視為全球科學(xué)界的前沿課題。中微子，這個來自微觀粒子世界的神秘使者可以自由穿梭且?guī)缀醪慌c任何物質(zhì)發(fā)生作用，因而也被人們稱作“幽靈”粒子。

2012年，中國科學(xué)院高能物理研究所（以下簡稱高能所）領(lǐng)銜的大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗發(fā)現(xiàn)了中微子的第三種振蕩模式，被評價為開啟了未來中微子物理研究的大門。這是我國在國際前沿研究領(lǐng)域取得的又一項具有重大意義的科研成果。

此次啟動建設(shè)的江門中微子實驗劍指國際前沿?zé)狳c——測量中微子質(zhì)量順序，期待為人們逐步揭開“幽靈”粒子的神秘面紗。

中國科學(xué)院院長白春禮為此發(fā)來賀信。他指出，江門中微子實驗是“我國科學(xué)家在中微子研究領(lǐng)域邁出的重大步伐，對于鞏固我國在中微子研究的領(lǐng)先地位具有重要意義”。

他殷切地希望，高能所按照“率先行動”計劃有關(guān)要求，在大亞灣實驗取得成功的基礎(chǔ)上，再接再厲、潛心攻關(guān)，扎實推進(jìn)江門中微子實驗各項工作，爭取早日運行，早出重大成果；在中微子研究方面，走在世界的前列，作出國家戰(zhàn)略科技力量應(yīng)有的重大創(chuàng)新貢獻(xiàn)。

中科院副院長陰和?。ㄗ笕V東省副省長陳云賢（左四）、在高能所所長王貽芳（左二）陪同下參觀江門中微子實驗建設(shè)現(xiàn)場（資料圖）

快馬加鞭未下鞍

盡管“幽靈”粒子頗為神秘，但是我國科學(xué)家追逐它的步伐不曾放緩。江門中微子實驗就是一個很好的例證。

大亞灣實驗發(fā)現(xiàn)新的振蕩模式后，科學(xué)家們迅即踏上了新的征途。通過反復(fù)比較物理發(fā)現(xiàn)能力，2012年8月,原名大亞灣二期實驗的江門中微子實驗確定陽江、臺山核電站附近的江門市為最佳站址。

2013年2月，江門中微子實驗列入先導(dǎo)專項A類。同年6月10日，由白春禮領(lǐng)銜、200多位專家歷時一年多深入研究推出的《科技發(fā)展新態(tài)勢與面向2020年的戰(zhàn)略選擇》報告發(fā)布。該報告提出，江門中微子實驗工程重點是新建一個大型的高精度中微子實驗站，研究反應(yīng)堆中微子振蕩。

經(jīng)過詳細(xì)的地質(zhì)勘探和測量，實驗站確定落戶江門開平市金雞鎮(zhèn)和赤水鎮(zhèn)交界處打石山一帶。建成后，該實驗室將是國內(nèi)跨度和土石方量最大的地下洞室。

2014年7月，該實驗組建了國際合作組，有中國（包括臺灣地區(qū)）、捷克、芬蘭、法國、德國、意大利、俄羅斯等國家和地區(qū)的45個研究單位的320多位研究人員正式參加實驗。另外，還有美國等5個國家的十幾個研究單位準(zhǔn)備加入。

“該實驗的首要科學(xué)目標(biāo)是利用反應(yīng)堆中微子振蕩確定中微子質(zhì)量順序，對于人類了解物質(zhì)微觀的基本結(jié)構(gòu)和宏觀宇宙的起源與演化具有重要意義?！痹诮T中微子實驗啟動建設(shè)儀式上，實驗國際合作組發(fā)言人、中科院高能所所長王貽芳表示。

該實驗站將建在地下729米深處，計劃于2020年投入運行并開始物理取數(shù)，運行至少20年。實驗建造的中微子探測器將是世界上能量精度最高、規(guī)模最大的液體閃爍體探測器。這一實驗的啟動，標(biāo)志著我國中微子實驗研究從起步到跨越的轉(zhuǎn)變。

目前除了江門中微子實驗外，日本、美國、歐洲、印度、韓國等5個國家和地區(qū)還有7個實驗正在計劃進(jìn)行中微子質(zhì)量順序的研究。王貽芳說：“江門中微子實驗憑借我國領(lǐng)先的液體閃爍探測器技術(shù)和反應(yīng)堆中微子物理，提出了原創(chuàng)性的實驗方案，有望率先測定中微子質(zhì)量順序。”

劍指國際前沿?zé)狳c

中微子是一種不帶電，質(zhì)量極其微小的基本粒子，共有三種類型，即電子中微子、μ中微子和τ中微子。在目前已知的構(gòu)成物質(zhì)世界的12種基本粒子中，其占了四分之一，在微觀的粒子物理和宏觀的宇宙起源及演化中都扮演著極為重要的角色。

中微子有質(zhì)量，是目前發(fā)現(xiàn)的唯一有堅實實驗證據(jù)超出粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的現(xiàn)象，對它的研究有可能發(fā)現(xiàn)新物理。大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗發(fā)現(xiàn)中微子第三種振蕩模式后，國際中微子研究的下一個熱點目標(biāo)是測量中微子質(zhì)量順序。物理靈敏度分析表明，進(jìn)行這一研究的最佳實驗站址在距反應(yīng)堆50~55公里，且與所有反應(yīng)堆距離相等的區(qū)域內(nèi)。江門中微子實驗站距廣東陽江和臺山反應(yīng)堆群約53公里，是世界上目前發(fā)現(xiàn)的最適合利用核反應(yīng)堆測量中微子質(zhì)量順序的地方。

陽江核電站共有6個反應(yīng)堆，已全部開建或建成，總熱功率為17.4GW。臺山核電站共規(guī)劃4個反應(yīng)堆，兩個在建，總熱功率為18.4GW。陽江與臺山核電站有效的反應(yīng)堆群功率世界第一。

王貽芳表示：“江門中微子實驗瞄準(zhǔn)國際中微子研究領(lǐng)域目前的熱點問題：中微子質(zhì)量順序測量?！彼侵形⒆拥膬?nèi)稟屬性之一，決定了中微子的味結(jié)構(gòu)，是所有粒子物理模型都必須面對的問題。它直接影響中微子振蕩幾率和中微子與物質(zhì)的相互作用，因此在宇宙演化、太陽及超新星中微子的產(chǎn)生與傳播、各種長基線中微子振蕩等有重要影響。它是測量中微子絕對質(zhì)量的前提，還將決定另一類極為重要的實驗——無中微子雙貝塔衰變實驗的未來發(fā)展方向。

江門中微子實驗站配套基建工程地面建筑三維布置圖。（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司設(shè)計）

“江門中微子實驗可以精確測量中微子6個振蕩參數(shù)中的3個，并達(dá)到好于1%的國際最好水平，使檢驗中微子混合矩陣的幺正性、發(fā)現(xiàn)新物理成為可能?！蓖踬O芳說。它也可以研究超新星中微子、太陽中微子、地球中微子、惰性中微子等，不僅能對理解微觀的粒子物理規(guī)律作出重大貢獻(xiàn)，也將對宇宙學(xué)、天體物理乃至地球物理作出重大貢獻(xiàn)。

“科技是國家強盛之基,創(chuàng)新是民族進(jìn)步之魂?！倍A(chǔ)研究是自主創(chuàng)新的源頭，是科技驅(qū)動經(jīng)濟發(fā)展的原動力。

國家自然科學(xué)基金委員會數(shù)理科學(xué)部常務(wù)副主任汲培文表示，我國科學(xué)基礎(chǔ)研究正處于重要的轉(zhuǎn)型期，已由追趕國際先進(jìn)水準(zhǔn)發(fā)展到與國際先進(jìn)水準(zhǔn)齊頭穩(wěn)進(jìn)，目前，正在向引領(lǐng)國際先進(jìn)水準(zhǔn)前進(jìn)?！艾F(xiàn)在，是中華民族為現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展作出貢獻(xiàn)的重要時期了。”他說。

我國科學(xué)家啟動江門中微子實驗，聯(lián)合國際上有關(guān)專家面對中微子質(zhì)量順序等重大問題開展研究，“這充分展示了中國高能物理學(xué)家的氣魄、能力、水準(zhǔn)和自信，展示了中國科學(xué)院在我國基礎(chǔ)研究與國際先進(jìn)水準(zhǔn)齊頭并進(jìn)的行程中在粒子物理研究領(lǐng)域又先邁出了一大步?！奔撑辔恼f。

省院攜手共推合作

江門中微子實驗是中科院高能所繼大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗、東莞中子科學(xué)中心之后，在廣東省建設(shè)的第三個重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目。如此緊密的省院合作獲得了各方的贊賞。

科技部基礎(chǔ)研究司副司長郭志偉表示，江門中微子實驗不僅進(jìn)一步擴充了國內(nèi)研究隊伍，加強國際合作力度，成立國際合作組，這是以我國科學(xué)家為主，開展的又一個重大合作項目，也是政府、研究機構(gòu)、企業(yè)合作共同支持大型研究項目的又一個范例。

作為東道主，廣東省政府副省長陳云賢由衷地對這一省院產(chǎn)學(xué)研合作的盛事表示熱烈祝賀。中科院與廣東省合作建設(shè)江門中微子實驗項目,無論對于實施科技強國戰(zhàn)略實現(xiàn)我國粒子物理研究跨越式發(fā)展，還是對于廣東集聚創(chuàng)新人才、提高自主創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)競爭力都具有十分重要的意義。

江門中微子實驗將設(shè)計、研制并建造一個國際領(lǐng)先的基礎(chǔ)科學(xué)研究平臺，建立一支國際一流的科研團隊，不僅將挑戰(zhàn)多個重大科學(xué)前沿，也將挑戰(zhàn)高量子效率光電探測器件、超大型高精度探測器、高性能極低本底液體閃爍體等技術(shù)難題，“這有望在提升企業(yè)的研發(fā)水平、打破國際技術(shù)壟斷方面作出重要貢獻(xiàn)?！标愒瀑t說。

“我們將認(rèn)真貫徹和落實雙方關(guān)于共建江門中微子實驗項目的合作協(xié)議，全力支持和配合項目建設(shè)，建立緊密高效、反應(yīng)迅速的協(xié)調(diào)機制，極力為項目如期建成創(chuàng)造良好的環(huán)境。使之成為我省參加重大科學(xué)研究項目的又一成功的范例。”陳云賢說。