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中国建造超大玻璃球求解“幽灵粒子”之谜

来源:网络整理 作者:华侨时报 发布时间:2019-12-26
摘要:中国建造超大玻璃球求解“幽灵粒子”之谜---在一个12层楼高的玻璃球里注入透明液体,中国科学家打算造一个全世界

中国建造超大玻璃球求解“幽灵粒子”之谜

JUNO探测器示意图。(中科院高能所供图)

  新华社北京12月26日电(记者全晓书 王攀 荆淮侨)在一个12层楼高的玻璃球里注入透明液体,中国科学家打算造一个全世界最大的“水晶球”来捕捉宇宙中的“幽灵粒子”——中微子,从而找到通向物理新世界的大门。

  他们将把一个直径达35.4米的有机玻璃球安装在广东省江门市西南部的打石山中。施工人员已经在700多米深的花岗岩下方挖出一个空洞,作为未来的实验大厅。

  “我们一直在不停地抽排地下水。现在,水位已明显降低,相信很快就能排干净。”江门中微子实验发言人、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳近期介绍项目进展时说。

  江门中微子实验(JUNO)于2015年1月开工建设。若顺利,明年年中,施工人员将开始在地下实验厅中组装巨大的球形探测器。

  这是中国最复杂的高能物理实验装置,预计2022年建成。与当前最好的国际同类设备相比,它的规模要大20倍,精度提高近一倍。

中国建造超大玻璃球求解“幽灵粒子”之谜

JUNO规划图。(中科院高能所供图)

  “幽灵粒子”

  中微子是组成自然界的一种基本粒子,在宇宙中广泛存在。大多数粒子物理和核物理过程都伴随着中微子的产生,例如太阳发光、超新星爆发、宇宙射线、核反应堆发电等。

  中微子也是目前最神秘的粒子之一。它们不带电,质量极小,几乎不与其他物质发生相互作用。它们如幽灵一般穿透地球,来无影去无踪,每秒钟就有3亿亿个来自太阳的中微子穿过每个人的身体。

  正因为中微子不会像光子、电子一样,与其他粒子相互作用,它们所携带的关于恒星、黑洞乃至整个宇宙的“核心秘密”,吸引着好奇的人类。

  它们可以直接穿过剧烈“燃烧”的恒星内部而不被吞噬,成为人类了解恒星中心核反应过程的媒介;它们在宇宙诞生之初就已存在,且不像光子在宇宙大爆炸38万年之后才结束和其他粒子相互作用开始传播,所以也是研究宇宙最早期历史的载体。

  上世纪50年代,科学家首次观测到中微子的存在,后来又发现中微子其实有三种,分别是电子中微子、μ中微子、τ中微子,它们在飞行时可以“一人分饰三角”,在三种类别之间相互转化,这也被称作中微子振荡。

  在这个领域,中国是后来者,但做出了重要贡献。2012年,大亚湾中微子实验室宣布发现新的中微子振荡模式,成为中微子研究的一个重要里程碑。

  但是,中微子仍有太多未解之谜。江门中微子实验副发言人、中科院高能物理所研究员曹俊指出,中微子很难探测,很多实验研究进展有限,就是因为捕捉到的中微子信号太少,数据太少。

中国建造超大玻璃球求解“幽灵粒子”之谜

JUNO地理位置。(中科院高能所供图)

  超级玻璃球

  探测中微子,一种办法是通过液体闪烁体探测器来捕捉它们产生的信号。

  科研人员在有机玻璃球里注入透明的特制液体——液体闪烁体(简称“液闪”),当中微子穿过球体时,会有一定的几率和液体里密布的氢核发生反应。每一次反应产生一个正电子和一个中子,正电子随即湮灭释放出一个快信号,中子则在反复碰撞后被其他氢核吸收并释放出一个慢信号。一前一后两次闪烁,就透露了中微子的行踪。

责任编辑:华侨时报