江门中微子专项：撑起中微子研究的新辉煌

熟悉中国科学院试点项目的人士都知道，自2011年以来，中国科学院组织实施了战略性科技试点项目，并将其分为两大类:一类是前瞻性战略性科技，二类是基础性、交叉性前沿布局。

然而，细心的人会发现，在a类试点项目的名单中有一个特别的项目——“江门中微子实验”。与所有其他特殊事件不同，“江门中微子实验”只为一个实验而设计。

回顾过去，由于独特的国际竞争，这个特殊的试点项目提前诞生了。在过去的五年里，它一直在一步一步地前进，以支持中国中微子研究的新辉煌。

项目提前五年开始

江门中微子实验试点项目的诞生也是从大亚湾实验开始的。

2007年10月，大亚湾反应堆中微子实验开始。热衷于“一步一步看三步”的科学家们正在建造大亚湾核电站，并在计算他们下一步还能做些什么。

在进一步研究的可能性中，中国科学院高能物理研究所所长王和研究员提出的“中微子质量序列测量”方案将很快成为第二阶段实验的首选。然而，实验的第二阶段能否进行，取决于大亚湾实验所测得的中微子振荡概率必须足够大的前提。

2012年3月8日下午2点，高能物理研究所举行了新闻发布会。王向世界宣布，大亚湾实验探测到第三次中微子振荡，振荡概率为9.2%。这个结果远远超过了他们最初预期的1%到3%。研究人员很清楚:“后续的中微子实验是可以完成的！”

最后，实验地点位于广东江门，距离阳江和台山反应堆分别约53公里。原“大亚湾中微子二期实验”更名为“江门中微子实验”。

令人惊讶的是，这个项目比预期提前了五年开始。“2008年，我们预计如果大亚湾实验结果良好，后续研究可以在10年内开始。”曹骏说。

大亚湾实验结果公布后，中微子质量序列测量成为下一步的研究热点。美国、日本甚至印度已经逐渐确定了下一步的计划。“如果我们通过常规的资金申请渠道，新的研究项目至少需要4到5年的时间才能获得批准，到那时它将是黄色的。”曹骏说。

因此，他们申请支持试点项目。2013年2月1日，建立了唯一一个以单一实验项目为内容的战略试点项目。根据科学目标，江门中微子实验项目将重点解决国际中微子研究的下一个热点和主要问题:中微子质量序列。同时，开展超新星中微子、地球中微子和太阳中微子等一系列国际领先的天体物理学研究，巩固中国中微子研究的国际领先地位。

关键组件已经本地化

随着项目的开始，技术挑战将随之而来。大亚湾中微子实验项目积累的经验虽然为江门中微子实验建设提供了支持，但并不能解决所有新的技术问题。研究人员面临的第一个挑战是开发高量子效率的光电倍增管。

中微子是看不见的，看不见的，而且极难探测。它们被称为“幽灵粒子”。如果你想探测中微子，你需要一种非常微弱的光探测技术，即光电倍增管技术，它能探测微弱的光信号，具有极高的灵敏度和超快的时间响应，就像猎人敏锐的狩猎眼睛一样。光电倍增管是粒子物理和核物理实验中的关键通用部件。它的主要功能是将光信号转换成电信号。

起初，大亚湾中微子实验使用了2000多根8英寸的光电倍增管，这些管是美国作者从日本购买的。

“对于江门中微子实验，这种光电倍增管已经不能满足要求。只有突破现有技术，大幅度提高探测效率，才能实现测量中微子质量序列的科学目标。我们在2008年提出实验理念，设计新型光电倍增管，开始技术研发时，就意识到了这个问题。然而，该项目的早期启动给研发带来了巨大压力。直到2015年底，我们仍不知道自己能否成功。”曹骏告诉记者。

2011年底，由高能研究所、北方夜视技术有限公司、中国科学院Xi安光学精密机械研究所、核控制系统有限公司和南京大学牵头，组建了产学研合作小组。

四年来，他们克服了高量子效率光阴极制备技术、微通道板、大尺寸玻璃泡等诸多技术难题，最终研制出量子效率、收集效率、单个光电子峰谷比等关键技术指标达到国际领先水平的样品管。

2016年11月，中国第一条年产7500台的20英寸光电倍增管生产线建成投产。截至今年9月18日，江门中微子项目已收到2016自制光电倍增管。

走向“最高”和“最大”

2015年1月，该项目开始施工。中国科学院院长白春礼发来贺信:“中国科学家在中微子研究领域采取的重大举措，对于巩固中国在中微子研究领域的领先地位具有重要意义。”

“江门中微子实验将致力于测量中微子的质量序列，并进一步精确测量中微子混合参数。其土木工程规模约为大亚湾反应堆中微子实验的3至5倍。”王曾在接受《中国科学》记者采访时说。

根据实验项目的计划和判断，江门中微子实验项目不仅比大亚湾中微子实验项目大，而且将是世界上“精度最高”和“规模最大”的液体闪烁探测器。

“精确度越高，我们能找到的东西就越多，因为也许少一点点，我们就会错过了解世界的机会。”曹骏说。

实验要求探测器的能量精度达到3%，是目前国际最佳水平的两倍。为了达到“最高精度”，不仅检测光子的光电倍增管的效率应该高，而且发射光子的液体闪烁体的效率和透明度也应该高。

为了测试透明度，研究人员在大亚湾实验中取出了八个中微子探测器中的一个。“目前，我们已经完成了20吨液体闪烁体的光学净化和背景净化，光学性能达到了设计目标。在放射性净化方面，我们仍在进行大亚湾探测器的进一步研究。」曹骏说。

同时，江门中微子实验需要2万吨液体闪烁，比目前世界上最大的液体闪烁探测器大20倍，这也给工程设计和施工带来了挑战。

经过长时间的审查和讨论，该项目最终选择了使用有机玻璃罐装液体闪烁体。这意味着当项目完成后，江门将有一个地下700米的13层玻璃球。

今天，那些有幸去江门中微子实验场的人可以看到建造了一半以上的巨大地下实验室，这是由建筑人员克服了数万吨地下涌水的困难后建造的。三年后，它将成为科学家可以更清楚地观察“幽灵粒子”的地方。它也将成为中国领先的国际中微子研究的新平台。