首页 科技 江門中微子實驗首個物理成果Nature發表 「幽靈粒子」精確測量時代到來

江門中微子實驗首個物理成果Nature發表 「幽靈粒子」精確測量時代到來

6月10日,江門中微子實驗(JUNO)首個物理成果「精確測定中微子的兩個振蕩參數θ12和Δm221」以封面文章形式在Nature正式刊出。通過對2025年8月26日至11月d2日共59天有效數據的分析,完成兩項關鍵振蕩參數的高精度測量,相較於過去數十年多項實驗的綜合結果,精度提高了1.6倍。Nature配發的評價文章指出,「理解中微子的行為對於在最小尺度上建立物質和力的完整描述至關重要。江門中微子實驗(JUNO)的首個結果的分析讓人信服,未來將能夠確定質量排序。這標誌着中微子振蕩精確測量時代的到來,並有望為這些神秘基本粒子的特性提供新的見解」。

《Nature》期刊封面:江門中微子實驗(JUNO)首個物理成果。受訪者供圖

中微子,常被人們稱為「幽靈粒子」或「宇宙隱形人」,是一種極其微小、不帶電、質量甚至比電子還輕上百萬倍的基本粒子。它們幾乎不與普通物質發生相互作用,卻無處不在——每秒都有數以萬億計的中微子以接近光速穿透你的身體,而你毫無察覺。這些粒子誕生於宇宙大爆炸的最初瞬間,攜帶着關於宇宙起源與演化的珍貴密碼。儘管難以捕捉,科學家發現了「中微子振蕩」這一現象,這是間接證明中微子具有非零質量的證據,是目前最清晰、最被普遍接受的標準模型之外新物理實驗證據。

JUNO探測器位於地下700米深處,其有效質量達2萬噸的液體閃爍體探測器(中心探測器)浸泡於地下實驗大廳44米深的水池中央。直徑達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、兩萬隻20英寸光電倍增管、兩萬五千隻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。遍布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。JUNO可精確測量中微子的能量,從而精準測定中微子振蕩參數。

JUNO於2025年8月正式運行。JUNO的首要科學目標是測定中微子質量順序,還可精確測量中微子6個振蕩參數中的3個,達到好於1%精度,並進行超新星中微子、地球中微子、太陽中微子、大氣中微子等多項研究。

6月10日,江門中微子實驗(JUNO)首個物理成果「精確測定中微子的兩個振蕩參數θ12和Δm221」以封面文章形式在Nature正式刊出。審稿人對此高度評價:「本成果驗證了JUNO探測器性能與分析方法的可靠性,在中微子振蕩物理步入精確測量之際,確立了JUNO在新時代的關鍵地位,對三代中微子振蕩框架檢驗、全局振蕩數據擬合、以及未來中微子質量順序測定具有直接意義」。

此外,JUNO的探測器性能文章已於今年4月以封面文章形式在《中國物理C》正式刊出。因發現太陽中微子振蕩獲2015年諾貝爾物理學獎的麥克唐納教授對此文章評價道:「江門中微子實驗現已圓滿達成全部設計指標,實現了極高的本底放射性潔淨度、優異的能量分辨能力與探測器長期穩定性。實驗裝置已全面投入運行,即將向着宏大的科學目標穩步推進:測定中微子質量順序、精確測量中微子振蕩參數、探測各類天體與自然源中微子,並尋找超越基本粒子標準模型的新物理現象。」

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