中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊  （記者 王振紅）2025年8月26日，江門中微子實(shí)驗(yàn)（JUNO）已成功完成2萬噸液體閃爍體灌注，并正式運(yùn)行取數(shù)。經(jīng)過十余年的準(zhǔn)備和建設(shè)，JUNO成為國(guó)際上首個(gè)運(yùn)行的超大規(guī)模和超高精度中微子專用大科學(xué)裝置。

圖為位于水池內(nèi)（尚未灌水）的中心探測(cè)器（外部圖）。（供圖：中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所）

地下700米探測(cè)中微子

JUNO在試運(yùn)行期間首批獲取的數(shù)據(jù)顯示，其探測(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JUNO能夠著手解決粒子物理學(xué)領(lǐng)域未來十年內(nèi)的一個(gè)重大問題：中微子質(zhì)量排序——即第三種中微子（ν?）是否比第二種（ν?）更重。

圖為JUNO探測(cè)到的一個(gè)反應(yīng)堆中微子事例。（供圖：中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所）

JUNO合作組發(fā)言人王貽芳表示：“完成JUNO探測(cè)器灌注并開始運(yùn)行取數(shù)，是一個(gè)歷史性的里程碑。這是國(guó)際上首次運(yùn)行這樣一個(gè)超大規(guī)模和超高精度的中微子專用大科學(xué)裝置，將使我們能夠回答關(guān)于物質(zhì)和宇宙本質(zhì)的基本問題?！?/p>

JUNO探測(cè)器位于廣東省江門市附近的地下700米處，可以探測(cè)53公里外臺(tái)山和陽江核電站產(chǎn)生的中微子，并以前所未有的精度測(cè)量它們的能譜。與國(guó)際同類實(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)和其它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)中的三個(gè)參數(shù)的精度。JUNO實(shí)驗(yàn)使我們能夠?qū)碜蕴?、超新星、大氣和地球的中微子開展前沿研究，并將開啟探索未知物理的新窗口，包括對(duì)不活躍中微子和質(zhì)子衰變的搜尋。

開啟探索未知物理的新窗口

江門中微子實(shí)驗(yàn)由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所于2008年提出構(gòu)想，2013年得到中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類）支持，并在同年得到廣東省人民政府的支持，2015年啟動(dòng)隧道和地下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。2021年12月完成實(shí)驗(yàn)室建設(shè)并開始了探測(cè)器在地下實(shí)驗(yàn)室的安裝建設(shè)，2024年12月探測(cè)器主體建設(shè)完成并開始灌注超純水與液體閃爍體。在灌裝過程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)首先在45天內(nèi)完成超過6萬噸超純水的灌注，將內(nèi)外有機(jī)玻璃球的液位差控制到厘米量級(jí)，流量偏差不超過0.5%，有力保障了探測(cè)器主體結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。隨后歷經(jīng)半年的精細(xì)操作，將2萬噸液體閃爍體精準(zhǔn)注入直徑35.4米的有機(jī)玻璃球內(nèi)，并同步完成原有純水的置換。尤為關(guān)鍵的是，超純水與液體閃爍體的超高潔凈度、透明度和極低放射性本底等特殊要求全部得到滿足。與此同時(shí)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)完成了探測(cè)器的調(diào)試優(yōu)化，確保了探測(cè)器在灌注完成后立刻進(jìn)入正式運(yùn)行取數(shù)階段。

圖為中心探測(cè)器內(nèi)部的有機(jī)玻璃球及光電倍增管。（供圖：中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所）

JUNO的核心探測(cè)器為有效質(zhì)量達(dá)2萬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)，承載了包括35.4米直徑的有機(jī)玻璃球、兩萬噸液體閃爍體、兩萬只20英寸光電倍增管、兩萬五千只3英寸光電倍增管以及前端電子學(xué)、電纜、防磁線圈和隔光板等眾多關(guān)鍵部件。遍布探測(cè)器內(nèi)壁的光電倍增管協(xié)同工作，探測(cè)中微子與液閃相互作用產(chǎn)生的閃爍光，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。

圖為中心探測(cè)器內(nèi)部的有機(jī)玻璃球及光電倍增管。（供圖：中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所）

JUNO總工程師馬驍妍表示：“建設(shè)JUNO是一段充滿非凡挑戰(zhàn)的旅程。這不僅需要新的想法和技術(shù)，還需要多年的精心規(guī)劃、測(cè)試和堅(jiān)持。滿足材料純度、穩(wěn)定性和安全性等嚴(yán)格要求，需要數(shù)百名工程師和技術(shù)人員的奉獻(xiàn)。他們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和忠誠(chéng)使這個(gè)大膽的設(shè)計(jì)變成了一個(gè)功能齊全的探測(cè)器，如今它已經(jīng)準(zhǔn)備好為中微子世界打開一扇新的窗口。”

國(guó)際合作推動(dòng)技術(shù)達(dá)到極限邊界

JUNO是一個(gè)中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所主導(dǎo)的重大國(guó)際合作項(xiàng)目，成員涵蓋來自17個(gè)國(guó)家和地區(qū)、74個(gè)科研機(jī)構(gòu)的700名研究人員。JUNO副發(fā)言人、意大利米蘭大學(xué)及國(guó)家核物理研究所（米蘭）的教授Gioacchino Ranucci表示：“我們今天宣布的這一重要成就，也是得益于許多來自中國(guó)以外的研究團(tuán)隊(duì)的富有成效的國(guó)際合作，將此前液體閃爍體探測(cè)設(shè)施的專業(yè)知識(shí)帶入JUNO，共同推動(dòng)了該技術(shù)達(dá)到極限邊界，為實(shí)驗(yàn)宏偉的物理目標(biāo)開辟了道路?！?/p>

圖為水池上方的頂部徑跡探測(cè)器。（供圖：中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所）

JUNO的設(shè)計(jì)使用壽命可達(dá)30年，后期可升級(jí)改造為世界最靈敏的無中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)。這樣的升級(jí)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，并深刻影響我們對(duì)宇宙的理解。