江門中微子實驗正式運行

科技日報記者 劉垠 陸成寬

8月26日，江門中微子實驗（JUNO）成功完成2萬噸液體閃爍體灌注，並正式運行取數。經過十餘年準備和建設，JUNO成為國際上首個運行的超大規模和超高精度中微子專用大科學裝置。

“完成JUNO探測器灌注並開始運行取數，是一個歷史性的里程碑。這是國際上首次運行的超大規模和超高精度的中微子專用大科學裝置，將使我們能夠回答關於物質和宇宙本質的基本問題。”中國科學院院士、JUNO合作組發言人王貽芳説。

JUNO在試運行期間首批獲取的數據顯示，其探測器關鍵性能指標全面達到或超越設計預期，這使它能夠着手解決粒子物理學領域未來十年內的一個重大問題：中微子質量排序——即第三種中微子（ν₃）是否比第二種（ν₂）更重。

作為中國科學院高能物理研究所主導的重大國際合作項目，JUNO成員涵蓋來自17個國家和地區、74個科研機構的700名研究人員。JUNO探測器位於廣東省江門市附近的地下700米處，可以探測53公里外台山和陽江核電站產生的中微子，並以前所未有的精度測量它們的能譜。

與國際同類實驗相比，JUNO對質量順序的測定不受地球物質效應和其它未知中微子振盪參數的影響，並將顯著提高6箇中微子振盪參數中的三個參數的精度。JUNO實驗幫助我們對來自太陽、超新星、大氣和地球的中微子開展前沿研究，並將開啓探索未知物理的新窗口，包括對不活躍中微子和質子衰變的搜尋。

從圖紙變為現實，得益於700餘名科學家與無數建設者的堅守。江門中微子實驗於2008年提出構想，2015年啓動隧道和地下實驗室建設，2021年12月完成實驗室建設並開始了探測器在地下實驗室的安裝建設。

2024年12月，探測器主體建設完成並開始灌注超純水與液體閃爍體，隨後歷經半年的精細操作，將2萬噸液體閃爍體精準注入直徑35.4米的有機玻璃球內，並同步完成原有純水的置換。尤為關鍵的是，超純水與液體閃爍體的超高潔淨度、透明度和極低放射性本底等特殊要求全部得到滿足。

JUNO的核心探測器是個“大傢伙”，為有效質量達2萬噸的液體閃爍體探測器（中心探測器），安置於地下實驗大廳44米深的水池中央。直徑41.1米的不鏽鋼網殼作為主支撐結構，承載了包括35.4米直徑的有機玻璃球、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、電纜、防磁線圈和隔光板等眾多關鍵部件。遍佈探測器內壁的光電倍增管協同工作，探測中微子與液閃相互作用產生的閃爍光，並將其轉換為電信號輸出。

“建設JUNO是一段充滿非凡挑戰的旅程。不僅需要新的想法和技術，還要有多年的精心規劃、測試和堅持，並且滿足材料純度、穩定性和安全性等嚴格要求，需要數百名工程師和技術人員的奉獻。”JUNO總工程師馬驍妍表示，他們的團隊協作和忠誠使這個大膽的設計“變”成了一個功能齊全的探測器。如今，它已準備好為中微子世界打開一扇新的窗口。

JUNO副發言人、意大利米蘭大學及國家核物理研究所（米蘭）教授Gioacchino Ranucci表示，這一重要成就，也得益於來自中國以外的研究團隊富有成效的國際合作，將此前液體閃爍體探測設施的專業知識帶入JUNO，共同推動該技術達到極限邊界，為實驗宏偉的物理目標開闢了道路。

據介紹，JUNO的設計使用壽命可達30年，後期可升級改造為世界最靈敏的無中微子雙貝塔衰變實驗。這樣的升級將探測中微子絕對質量，檢驗中微子是否為馬約拉納粒子，從而解決粒子物理、天體物理和宇宙學的前沿交叉熱點難題。

（中國科學院高能物理研究所供圖）