追寻粒子世界的“隐世高手”

江门中微子探测器示意图:球形中微子探测器放置在水池*，顶部、底部和外围被2米多的水包围，以屏蔽背景。轨道探测器被用作水池顶部的反符合探测器，光电倍增管被放置在钢网格上探测中微子。

图片来源:江门中微子实验官方网站

中微子像尘埃一样轻，像光一样快，可以轻易地穿过各种物体，并不时地“转换”——毫无疑问，中微子是基本粒子世界中“隐藏世界的主人”。此外，他们可能还隐藏了一些关于大爆炸的独特秘密。正因为如此，关于他们的任何线索都是有价值的。

根据日本媒体最近的报道，日本教育、文化、体育、科学和技术部将建造下一代“超K”探测器来探测中微子，计划在2025年后投入使用，以揭示宇宙起源和物质诞生等奥秘。

中国科学院高能物理学家曹骏研究员告诉《科学日报》:“中微子探测器需要一个非常干净的环境:它们需要被放置在地下深处，岩石应该用来阻挡宇宙射线。我们需要浸泡在水中，以阻挡来自岩石、空气等的天然放射性。”他表示，除了“*神岗”，中国的江门中微子实验(JUNO)设施和美国的“深层地下中微子实验”(CAUN)设施也将分别于2022年和2026年“投入使用”。这三个中微子实验有望揭开宇宙中最难以捉摸的幽灵粒子的“神秘面纱”。

江门中微子实验设施

到目前为止，人类研究中微子已经有半个多世纪了，但是人们仍然没有完全了解它们的性质，甚至它们的确切质量也不清楚。为此，科学家们建造了一些新的实验装置，希望“揭开盖子”。

正在广东建设中的江门中微子实验设施将引领潮流。它是中国历史上最复杂的高能物理实验设施。与目前国际上最好的同类设备相比，其规模大20倍，精度近一倍。

曹骏称，江门中微子实验设施将于2015年开始建设，探测器计划于2021年底完工。该装置包括一个700米的地下洞穴、一个大水池、一个装有20，000吨液体和光电倍增管的中微子探测器，以及少量的辅助设施。

发出闪光的液体是检测中微子的介质。当大量中微子通过探测器时，它们偶尔会在探测器中发生反应，并发出微弱的闪光，这些闪光被光电倍增管捕获。

曹骏说:“江门中微子实验旨在确定中微子的质量序列和准确测量中微子混合参数，还将研究大气中微子、太阳中微子、超新星中微子、地球中微子等。确定中微子的质量序列不仅有助于我们理解粒子物理学的微观规律，而且对宇宙学、天体物理学和地球物理学都有很大贡献。”

“深层地下中微子实验”

根据美国有趣科学网站最近的一份报告，美国的“深层地下中微子实验”由两部分组成，一部分位于费米实验室，包括一个巨大的中微子枪，它将质子加速到接近光速，粉碎它们，每秒钟在终端发射数万亿个中微子。

中微子将从费米实验室沿直线前进，直到它们到达第二部分——桑福德地下研究设施，大约1300公里外，在地下1600米深处，探测器里约含有40000吨液态氩。

据报道，沙丘可以更好地描述中微子振荡的特征，还可以探测到银河系和邻近星系中超新星释放的中微子。

沙丘设施被认为是未来几十年美国的“旗舰实验室”。许多国家的专家将分析实验室获得的数据，以进一步了解中微子的“特性”。

“*深港”探测器

日本教育、文化和科学省8月21日证实，计划在岐阜县肥乡市建造下一代中微子探测器，即“*神光”探测器，它是日本现有“超级神光”探测器的继承者。

“超级深港”位于山下1000米深处。它的光传感器浸在5万吨的纯水中。1998年，“超级神冈”提供了中微子和反中微子可以在三种类型之间振荡的第一个结论性证据。项目负责人梶田隆章因此获得了2015年诺贝尔物理学奖。

“*深港”探测器将建在地下约650米处。主要设施将是一个直径74米、高60米的圆柱形水箱，是“超级深港”的五倍多。大约有40，000个传感器安装在水池的墙壁上，用来捕捉在水中反应后来自太空的微弱中微子闪光。

“顶神岗”将在2025年左右开始搜寻自然界产生的中微子(如核聚变和超新星)。由于其巨大的设备和高传感器性能，“顶神岗”不仅在探测超新星方面更有效，而且有望揭示为什么宇宙主要由物质而不是反物质组成。

理论家们说，理解这一点的关键是测量中微子和反中微子之间的不对称性，尤其是不同类型之间的振荡速度差异。“超级神”已经看到了相关的线索，“*神”应该能够做出更精确的测量。

人们希望即将上任的三位“剑士”将会把“中微子生命的秘密”公之于众。也许在这个过程中会有许多诺贝尔奖获得者。谁知道呢？