每天有幾億億個“幽靈粒子”悄無聲息穿過人體,卻無人察覺——這就是中微子,因幾乎不與物質(zhì)發(fā)生作用,被科學(xué)界稱為最神秘的粒子。
為捕捉這絲轉(zhuǎn)瞬即逝的蹤跡,中國科學(xué)院高能物理研究所的科學(xué)家將探測器深埋地下700米,在廣東江門打造了一座世界級大科學(xué)裝置——江門中微子實驗,用智慧與堅韌點亮探索宇宙的微光。
中微子的探索史,是一部跨越世紀(jì)的科學(xué)接力。
1931年,奧地利物理學(xué)家泡利為解釋β衰變中能量“失蹤”之謎,大膽提出中微子假設(shè),卻斷言“中微子永遠(yuǎn)無法被探測到”。
1942年,身處戰(zhàn)火中的中國物理學(xué)家王淦昌,開創(chuàng)性地提出通過測量原子核俘獲電子時的反沖來探測中微子的構(gòu)想,雖因條件所限未能親證,卻為后續(xù)實驗奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ),美國科學(xué)家阿倫?利斯據(jù)此成功獲得首個實驗證據(jù)。
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1956年,美國科學(xué)家蘭因斯和科恩利用核反應(yīng)堆產(chǎn)生的海量中微子,首次捕捉到其與質(zhì)子作用的微弱閃光,證實了泡利的假設(shè)。
隨著研究深入,中微子的神秘面紗逐漸揭開。
1998年,日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)中微子能在三種類型間相互轉(zhuǎn)化(中微子振蕩),證明其具有質(zhì)量;2012年,中國大亞灣實驗精確測量出關(guān)鍵參數(shù),讓中國在中微子研究領(lǐng)域躋身世界前列。
而江門中微子實驗的核心使命,是破解更根本的謎題:中微子“三兄弟”的質(zhì)量順序。
這一答案直接關(guān)系到物質(zhì)-反物質(zhì)不對稱、暗物質(zhì)等宇宙級謎題的破解——宇宙誕生時的反物質(zhì)為何消失?占宇宙質(zhì)量27%的暗物質(zhì)究竟是什么?中微子正是解開這些謎團(tuán)的關(guān)鍵鑰匙。
這座地下科學(xué)宮殿的誕生,始于一場極致的精準(zhǔn)選址。
為接收廣東陽江、臺山兩座核電站的中微子流,實驗地點必須位于兩站中垂線上,誤差不超過200米,且距離控制在55公里左右以捕捉最大振蕩信號。
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在此基礎(chǔ)上,科學(xué)家在地下700米處構(gòu)建了層層嵌套的探測系統(tǒng):外層是4萬噸超純水屏蔽輻射,中間是直徑41米的不銹鋼網(wǎng)殼,內(nèi)壁安裝4.5萬只“黃金眼”光電倍增管,核心則是直徑35.4米的有機(jī)玻璃球,內(nèi)裝2萬噸液體閃爍體——當(dāng)中微子撞上質(zhì)子,產(chǎn)生的微光會被光電倍增管放大億萬倍,成為破解質(zhì)量之謎的關(guān)鍵信號。
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建造過程充滿極限挑戰(zhàn)。曾被國外壟斷的20英寸光電倍增管,單只進(jìn)口價高達(dá)5萬元,錢森博士帶領(lǐng)團(tuán)隊在陰暗地下室潛心研發(fā),聯(lián)合國內(nèi)力量攻克技術(shù)難關(guān),最終實現(xiàn)國產(chǎn)化,成本僅為進(jìn)口價的三分之一。
地下40℃以上的高溫高濕環(huán)境、數(shù)次萬噸級涌水危機(jī),都未能阻擋建設(shè)者的腳步:他們設(shè)計永久性排水系統(tǒng)與水共存,像繡花般反復(fù)修補(bǔ)有機(jī)玻璃球的縫隙,用數(shù)年時間完成了這場科學(xué)奇跡。
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更動人的是裝置背后的“微光”精神。
項目總工程師馬驍妍在母親失聯(lián)時堅守現(xiàn)場,科學(xué)家王志民遠(yuǎn)程指導(dǎo)兒子應(yīng)對妻子重病……數(shù)百名科研人員、工程師跨界協(xié)作,“需要什么干什么”。
江門作家尹繼紅歷時三年采訪,寫下《微光志》一書,記錄下這些在黑暗中踽踽獨行的追光者——王貽芳院士春節(jié)期間逐字修改二十萬字書稿,科學(xué)家李曉楠扎根項目十年從專家變“包工頭”,正是這些個體的堅守,匯聚成探索宇宙的強(qiáng)大力量。
如今,江門中微子實驗已投入運轉(zhuǎn),憑借前所未有的能量精度,有望率先確定中微子質(zhì)量順序,讓中國在粒子物理前沿實現(xiàn)從并跑向領(lǐng)跑的跨越。
這座地下700米的科學(xué)裝置,不僅是捕捉“幽靈粒子”的探測器,更是中國科技創(chuàng)新實力的見證,承載著人類用科學(xué)破解宇宙奧秘的永恒追求。那些穿越巖層的微光,終將照亮物質(zhì)世界的本質(zhì),書寫人類探索未知的新篇章。
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