在地下700米狩獵“幽靈粒子”，為何江門中微子裝置要建那么深？

2025年8月26日，廣東江門開平市金雞鎮的地下700米深處，一個直徑35.4米的有機玻璃球體正式開始運行取數。

江門中微子實驗（JUNO）經過十余年的準備和建設，成為國際上首個建成的新一代大型中微子實驗裝置。

它不挖礦、不儲油，只為捕捉一種幾乎“不存在”的粒子：中微子。

為何非得埋到這么深？因為只有在這里，宇宙射線的干擾才能被山體與巖層徹底過濾——安靜，是探測幽靈粒子的唯一前提。

中微子被稱為“幽靈粒子”，并非因其神秘，而是因其極端“社恐”：質量極小、電中性、幾乎不與普通物質作用。

換句話說，即便每秒有上萬億個中微子從你身體穿過，你也毫無感覺——它們連原子核都懶得碰一下。

但偶爾，極其偶然地，一個來自53公里外陽江或臺山核電站的反電子中微子，會與探測器內液體閃爍體中的質子發生反應，產生一個正電子和一個中子——之所以選在江門，就是為了方便做到這一點，所以它的位置并不是隨便選的。

這個過程會釋放出兩道微弱閃光——第一道來自正電子湮滅，第二道來自中子被俘獲。

這兩道光的時間差不到毫秒，卻足以讓科學家確認一次真實事件。

周圍布設的4.5萬個20英寸光電倍增管——其中一半為國產、靈敏度世界領先——將這些光子轉化為電信號，構建出高精度事件圖像。

“完成灌注并開始運行取數，是一個歷史性的里程碑。”項目發言人王貽芳說，“這是國際上首次運行這樣一個超大規模和超高精度的中微子專用大科學裝置。”

選址53公里并非巧合。理論計算表明，在這個距離上，反應堆中微子振蕩的概率對質量順序最為敏感。

太近，震蕩未充分發展；太遠，信號衰減過劇。53公里，恰是“黃金基線”。

而地下700米的深度，則使宇宙μ子通量降低至地表的百萬分之一以下。

要知道，哪怕一個高能μ子穿過探測器，都可能偽造出類似中微子信號的假象——屏蔽，就是保真。

液體閃爍體總量達2萬噸，主成分是線性烷基苯（LAB），一種廣泛用于日化洗滌劑的有機溶劑。

它無毒、透明、化學穩定，并可通過摻雜熒光物質提升光產額——目前其光產額已超設計指標10%以上。

整個中心探測器懸浮于一個直徑43.5米、高44米的不銹鋼網架內，再置于一個裝滿超純水的巨大水池中央。

水池本身也是一道主動屏蔽層：任何殘余宇宙射線或巖石放射性產生的帶電粒子，都會在水中發出切倫科夫輻射，被外圍光電管識別并剔除。

從2024年12月起，團隊歷時數月完成超純水與閃爍體的分階段灌注，潔凈度控制達到ppt（萬億分之一）級別。

據內部資料，其放射性本底鈾/釷含量低于10?1?克/克——這相當于在一億噸水中，雜質不超過一粒鹽。

江門實驗的核心科學目標，是確定中微子的“質量順序”：三種中微子中，哪一種最重？

目前學界分為“正序”（m? < m? < m?）與“倒序”（m? < m? < m?）兩派，尚無定論。

一旦確定順序，不僅能完善粒子物理標準模型，還將影響宇宙學對暗物質、重子不對稱等問題的理解。

更關鍵的是，JUNO的測量不受地球物質效應干擾——這是日本KamLAND或美國DUNE實驗難以避免的系統誤差來源。

除了反應堆中微子，該裝置還能探測太陽中微子、地球中微子（geoneutrinos），甚至銀河系內超新星爆發時釋放的中微子暴。

舉個例子，若一顆超新星在10千秒差距內爆發，JUNO可在幾秒內記錄數千個事例，精度遠超現有設備。

若觀測到該過程，將證明中微子是馬約拉納粒子——即自身就是自己的反粒子，這或許能解釋為何宇宙中物質遠多于反物質。

有人質疑：花數十億元就為測幾個參數，值得嗎？

可別忘了，萬維網最初是為共享粒子物理數據而生；現代醫學PET成像，原理正源于正電子湮滅——基礎科學的回報，常在不經意間降臨。

更重要的是，這一次，規則由中國主導制定。

從探測器設計、光電倍增管量產到數據分析框架，JUNO實現了關鍵技術自主可控。

那么，當中微子終于“開口說話”，我們會聽到什么？

也許不是轟鳴，而是一聲輕響——但足以撼動人類對物質本質的理解。

科學最動人的地方，從來不是答案本身，而是人類愿意為一個微弱的可能性，鑿穿七百米巖層，守候數十年的光陰。