中国重大科技突破:江门中微子实验装置正式启动科学探测

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2025年8月26日,我国新一代重大科技基础设施——江门中微子实验(JUNO)圆满完成2万吨核心探测介质灌注,正式进入科学数据采集阶段。历经十余年技术攻关与工程建设,该装置成为全球首个投入运行的超大规模中微子物理实验平台,其核心性能指标在试运行期间全面超越设计标准。这一里程碑事件标志着我国在粒子物理基础研究领域实现跨越式发展,将助力破解中微子质量排序这一困扰全球物理学界的"世纪难题",同时为太阳中微子、超新星中微子等前沿研究提供国际领先的观测手段。

△位于水池内(尚未灌水)的中心探测器(外部图)

该实验装置坐落于广东省江门市地下700米深层岩体中,通过捕捉53公里外台山、阳江核电站群产生的中微子束流,构建起世界精度最高的中微子能谱测量系统。相较于国际同类实验,江门装置采用独创的实验设计,有效消除地球物质效应干扰,将显著提升三个中微子振荡参数的测量精度,为确定中微子质量层级提供决定性证据。

△中心探测器内部的有机玻璃球及光电倍增管

作为国家重大科技基础设施,江门中微子实验由中国科学院高能物理研究所于2008年牵头策划,2013年纳入中科院战略性先导科技专项,同年启动粤港联合攻关机制。2015年全面启动地下实验室建设,2021年底完成主体工程后进入探测器安装阶段。在关键的介质灌注阶段,科研团队创造45天完成6万吨超纯水精密灌注的工程纪录,实现厘米级液位差控制与0.5%流量精度。随后经过半年超洁净操作,将2万吨特制液体闪烁体成功注入直径35.4米的有机玻璃球腔体,各项理化指标均满足量子级探测要求。

△水池上方的顶部径迹探测器

实验核心装置采用创新设计的多层探测结构:41.1米直径不锈钢网壳构成超大型支撑系统,悬浮于44米深的超纯水池中;核心探测单元由35.4米有机玻璃球承载2万吨液体闪烁体,内壁部署2万只20英寸光电倍增管与2.5万只3英寸光电倍增管组成复合探测阵列。该系统通过捕捉中微子与液闪介质相互作用产生的纳米级闪烁光信号,实现对中微子振荡现象的高精度测量。

△中心探测器内部的有机玻璃球及光电倍增管

作为国际大科学计划典范,江门中微子实验汇聚了17个国家和地区74个科研机构的近700名科研人员协同攻关。装置设计寿命达30年,未来可升级为全球灵敏度最高的无中微子双贝塔衰变实验平台,有望在中微子绝对质量测量、马约拉纳粒子验证等基础物理前沿领域取得原创性突破,深化人类对宇宙物质起源与演化规律的认知。

江门中微子合作组发言人王贻芳院士强调:"该装置的成功运行标志着我国在中微子物理研究领域跃居国际领先地位。这套具有完全自主知识产权的大科学装置,将为解答物质世界基本规律提供全新实验范式,推动我国基础科学研究实现从跟跑到领跑的战略跨越。"

(总台央视记者 帅俊全 褚尔嘉)