微信公眾號“中國科學院高能物理研究所”8月26日消息，在廣東省江門市，江門中微子實驗（JUNO）成功完成2萬噸液體閃爍體（一種高純度的特殊探測液體）灌注，並正式運行取數。經過十余年的準備和建設，江門中微子實驗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。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。
中國科學院院士王貽芳表示，“完成江門中微子探測器灌注並開始運行取數，是一個突破性的進展。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，將使我們能夠回答關於物質和宇宙本質的基本問題。”
位於水池內（尚未灌水）的中心探測器（外部圖）
中微子是組成自然界的最基本的粒子之一，具有極強的穿透力、難以探測，因此又被稱為“幽靈粒子”。在現場，監控顯示屏圓球形的界面上時不時出現紅色印記，這就是“幽靈粒子”的蹤跡。科學家估計，該裝置一天可探測約60個這樣的“幽靈粒子”。
JUNO探測到的一個反應堆中微子事例
人類已知的中微子包括電子型、繆子型和陶子型三種。確定這三種中微子的質量排序，是未來十年粒子物理學領域最受關注的重大問題之一。江門中微子實驗的主要科學目標，是測量第三種中微子（ν₃）與第二種中微子（ν₂）的質量關系，即判斷ν₃是否比ν₂更重。
江門中微子實驗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。王貽芳介紹，與國際同類實驗相比，江門中微子實驗對質量順序的測定不受地球物質效應和其他未知中微子振蕩參數的影響，並將顯著提高6個中微子振蕩參數中的3個參數的精度。
探測器核心為有效質量2萬噸的液體閃爍體探測器（中心探測器），安置在地下實驗大廳44米深的水池中央。直徑41.1米的不銹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、2萬噸液體閃爍體、2萬只20英寸光電倍增管、2.5萬只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。
中心探測器內部的有機玻璃球及光電倍增管
這樣大型的裝置，僅建設就耗時10余年。江門中微子實驗由中國科學院高能物理研究所於2008年提出構想，2013年得到中國科學院戰略性先導科技專項（A類）支持，並在同年得到廣東省人民政府的支持。2015年工程啟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。
總工程師馬驍妍表示，“建設JUNO是一段充滿非凡挑戰的旅程。這不僅需要新的想法和技術，還需要多年的精心規劃、測試和堅持。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。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，如今它已經準備好為中微子世界打開一扇新的窗口。”
在灌裝過程中，項目團隊首先在45天內完成超過6萬噸超純水的灌注，將內外有機玻璃球的液位差控制到厘米量級，流量偏差不超過0.5%，有力保障了探測器主體結構的安全穩定。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。
水池上方的頂部徑跡探測器
江門中微子實驗是中國科學院高能物理研究所主導的重大國際合作項目，成員涵蓋來自17個國家和地區、74個科研機構的近700名研究人員。實驗不僅可對來自太陽、超新星、大氣層及地球的中微子開展前沿研究，還可進行不活躍中微子和質子衰變的探索。
意大利米蘭大學及國家核物理研究所（米蘭）的教授喬阿基諾·拉努奇（Gioacchino Ranucci）表示，“我們今天宣布的這一重要成就，也是得益於許多來自中國以外的研究團隊的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，共同推動了該技術達到極限邊界，為實驗宏偉的物理目標開辟了道路。”
江門中微子實驗的設計使用壽命為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，用於探測中微子絕對質量，檢驗中微子是否為馬約拉納粒子，並解決粒子物理、天體物理和宇宙學的前沿交叉熱點難題。
（綜合央視新聞客戶端、微信公眾號“中國科學院高能物理研究所”等）
