江門中微子實驗

江門中微子實驗（Jiangmen Underground Neutrino Observatory，簡稱JUNO），又稱江門地下中微子觀測站，是一項雄心勃勃的多用途中微子研究項目。該項目坐落于廣東省江門市開平市金雞鎮(zhèn)與赤水鎮(zhèn)交界處的打石山地區(qū)，旨在通過精密探測陽江和臺山核電站釋放的反應堆中微子，深入探索超新星中微子、大氣中微子、太陽中微子及地球中微子的奧秘，同時開展奇異粒子搜索，精確測定中微子質(zhì)量等級及振蕩參數(shù)。

啟動與初期建設(shè)

2015年1月10日：繼大亞灣反應堆中微子實驗成功實施后，中國主導的第二個大型中微子實驗——江門中微子實驗，在廣東省江門市開平市金雞鎮(zhèn)正式拉開建設(shè)序幕。來自世界各地的近300名科學家齊聚一堂，共同見證了這一歷史性的時刻。2019年7月：項目進入地下實驗室開鑿的關(guān)鍵階段，標志著實驗建設(shè)邁入新紀元。

中期進展與突破

2020年12月12日：隨著大亞灣反應堆中微子實驗裝置圓滿完成其科學使命并正式退役，江門中微子實驗被寄予厚望，預期將在不遠的未來揭開中微子質(zhì)量順序的神秘面紗。

2022年：項目取得多項重要進展，包括有機玻璃球安裝升降平臺的搭建完成，以及探測器雛形的初步顯現(xiàn)。特別是5月，地下700米實驗大廳內(nèi)的巨型“變形金剛塔”升降平臺頂升至38米，為后續(xù)有機玻璃球的安裝工作奠定了堅實基礎(chǔ)。

近期成就與未來規(guī)劃

2023年6月：地下探測器不銹鋼網(wǎng)架安裝完成，項目進入最后沖刺階段。

2024年：項目取得一系列里程碑式成就，包括中心探測器內(nèi)部世界最大單體有機玻璃球的全面建成，以及液體灌注工作的正式啟動。

預計至2025年，項目將全面建成并投入運行取數(shù)。此外，項目還計劃于2030年左右進行升級改造，成為世界最大的無中微子雙β衰變實驗裝置，進一步探索中微子的絕對質(zhì)量及其反粒子性質(zhì)。

探測器設(shè)計

江門中微子實驗的核心裝備是一個置于地下700米深處的巨型中微子探測器。該探測器被一個巨大的水池環(huán)繞，以屏蔽外界本底輻射。探測器內(nèi)部填充有2萬噸高純度液體閃爍體，并配備了數(shù)以萬計的光電倍增管，用于捕捉中微子與液體閃爍體相互作用時產(chǎn)生的微弱閃爍光。

液體閃爍體特性

液體閃爍體作為探測中微子的關(guān)鍵介質(zhì)，其主要成分為烷基苯（占比99.7%），這是一種無毒、易生物降解且火災風險低的日用洗滌劑原料。其卓越的能量分辨率（達3%）使得探測器能夠精確捕捉中微子相互作用時產(chǎn)生的微弱信號。

信號：反應堆電子反中微子通過逆β衰變反應與探測器內(nèi)的質(zhì)子相互作用，產(chǎn)生正電子和中子。正電子迅速湮滅釋放能量，提供即時信號；中子則稍后被質(zhì)子捕獲并釋放伽馬射線，形成延遲信號。這兩者時間上的關(guān)聯(lián)性為反中微子的探測提供了獨特特征。

背景：主要背景噪聲包括偶然事件、宇宙μ子及快中子等。通過精密的設(shè)計與數(shù)據(jù)分析技術(shù)，項目團隊成功將背景噪聲控制在極低水平，確保了探測數(shù)據(jù)的準確性。

中微子質(zhì)量順序探索

中微子質(zhì)量順序是國際中微子研究領(lǐng)域的核心問題之一。江門中微子實驗將通過精確測量反應堆電子反中微子能譜來確定中微子的質(zhì)量等級，為解決這一科學難題提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

江門中微子實驗

對粒子物理及宇宙學的貢獻

粒子物理：中微子研究作為國際粒子物理研究的熱點領(lǐng)域，是唯一有實驗證據(jù)超出粒子物理標準模型的方向。江門中微子實驗將推動對微觀粒子物理規(guī)律的深入理解，為粒子物理理論的發(fā)展提供有力支持。

宇宙學：通過探測超新星中微子、地球中微子等，項目將深化對宇宙起源與演化的認識，為宇宙學研究提供寶貴數(shù)據(jù)。

地球物理：地球中微子的探測將有助于揭示地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與動態(tài)，為地球物理學研究開辟新的途徑。

江門中微子實驗自啟動以來，便吸引了來自全球12個國家和地區(qū)的239名科研人員積極參與。通過定期的國際合作組大會，各子系統(tǒng)與物理分析工作組不斷交流進展，共同推動項目的順利進行。展望未來，江門中微子實驗將繼續(xù)秉持開放合作的精神，與全球科研伙伴攜手共進，共同探索宇宙的微觀奧秘，為人類的科學進步做出更大貢獻。同時，隨著項目的不斷升級與擴展，其科學影響力與國際地位也將持續(xù)提升，成為全球粒子物理研究領(lǐng)域的璀璨明珠。