在廣東江門地下700米的深處,一項旨在探索宇宙最古老基本粒子的宏偉科學實驗正在緊鑼密鼓地進行中。這里,是江門中微子實驗大科學裝置的所在地,一個承載著人類探索宇宙奧秘夢想的巨型實驗室。
該實驗的核心,是一個位于地下實驗大廳內44米深水池中央的液體閃爍體探測器,也被稱為中心探測器。這個探測器的有效質量達到了驚人的2萬噸,是科研團隊多年心血的結晶。它的主體結構是一個直徑41.1米的不銹鋼網殼,內部承載著直徑35.4米的有機玻璃球,以及兩萬噸的液體閃爍體和數萬只光電倍增管。
這些光電倍增管布滿了中心探測器的內壁,它們的作用是將中微子被液體閃爍體“俘獲”時產生的閃爍光轉換為電信號,從而實現對中微子的探測。與目前國際上的最好水平相比,江門中微子實驗的中心探測器在多個方面都有著顯著的提升。例如,其液體閃爍體的體積增大了20倍,光電子產額增大了3倍,能量分辨率更是提高了2倍,達到了前所未有的3%。
除了中心探測器外,水池本身也扮演著重要的角色。它不僅作為水契倫科夫探測器,還與頂部的宇宙線徑跡探測器聯合工作,共同探測宇宙線,以減少其對中微子探測的影響。同時,水池中的水還能有效地屏蔽巖石的天然放射性以及宇宙線在附近巖石中產生的大量次級粒子。
為了確保中心探測器的正常運行,科研團隊在液體灌注方面進行了周密的計劃。他們首先將超純水灌滿中心探測器有機玻璃球內外空間,這個過程需要2個月的時間。然后,再用6個月的時間將有機玻璃球內部的超純水置換為液體閃爍體。預計整個灌注任務將在2025年8月完成,屆時江門中微子實驗將正式開始運行取數。
江門中微子實驗的首要科學目標是測量中微子的質量順序,并在此基礎上進行多項重大前沿研究。中微子作為宇宙形成之初就存在的最古老也最原始的基本粒子,攜帶著大量關于宇宙和物質世界的神秘信息。因此,研究中微子對于人類認識宇宙和現存世界具有非常重要的意義,也是國際最前沿的基礎科學之一。
江門中微子實驗的建成和運行,將使我國在中微子研究領域的國際領先地位得到進一步鞏固。它與日本的頂級神岡中微子實驗和美國的深部地下中微子實驗一道,共同構成了中微子研究的全球網絡,為人類探索宇宙的奧秘提供了強有力的支持。