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中微子探秘:中国江门地下观测站启动粒子物理新篇章

   时间:2025-08-27 23:26:18 来源:邸钞编辑:快讯团队 IP:北京 发表评论无障碍通道
 

在中国广东省的大狮山脚下,隐藏着一个探索宇宙奥秘的前沿科学设施——江门地下中微子观测站(JUNO)。这里,一列特殊的黄色列车搭载着预先批准的访客,穿越一条陡峭的轨道,深入山体内部,探访这座耗资巨大、历时十年建成的科研宝藏。

JUNO观测站位于地下500多米深处,其主体是一个高达12层楼的球体,由钢材和有机玻璃精心打造。本周,这座巨型探测器正式启动,目标锁定在捕捉宇宙中最难以捉摸的粒子——中微子,以期解开基础物理学中一个困扰学界数十年的谜题。

中微子,这些基本粒子以电子型、μ子型和τ子型三种“形态”存在,是恒星和核电站内部核反应的产物。它们极其轻盈,不带电荷,几乎不与其他物质发生作用,使得它们能在宇宙中自由穿梭,甚至在你阅读的这几秒内,就有无数中微子无声无息地穿过你的身体。

然而,中微子的存在对粒子物理学的“标准模型”提出了挑战。标准模型作为描述已知粒子和作用力的理论框架,是人类科学史上的杰出成就之一,但它预测中微子应无质量。然而,物理学家观测到的现象却与此相悖,中微子似乎拥有质量。

大约30年前,日本超级神冈中微子观测站和加拿大萨德伯里中微子观测站分别报告了中微子数量异常的现象,这些观测结果揭示了中微子在穿越太空时会发生“味”的转变,而这种转变只有在中微子具有质量的情况下才可能发生。

江门中微子观测站正是为了更深入地了解中微子的质量而建的。其核心是一个装有2万吨富含氢元素的液体闪烁体的容器,当极少数中微子与液体中的质子碰撞时,会产生蓝色闪光,这些闪光会被容器内壁的4万个光电倍增管捕捉到。

观测站的任务之一是统计来自两座距离53公里的核电站的中微子数量,通过测量这些中微子在传播过程中“味”的转变比例,来推算中微子的振荡速率,进而确定三种中微子中哪种质量最大、哪种最小。这一工作预计需要六年时间来完成。

中微子的振荡速率与其质量密切相关。与其他基本粒子不同,中微子的质量不是固定的,而是三种不同质量本征态的混合体。这些混合体在太空传播时会发生变化,导致中微子“味”的转变。江门中微子观测站采集的数据将帮助科学家确定中微子质量本征态的顺序,这是完善粒子物理学标准模型的关键。

江门中微子观测站还将探寻中微子的其他奥秘,如搜寻来自地球深处的中微子,揭示地幔和地壳中放射性元素的分布;以及捕捉来自超新星爆炸的中微子,为天文学家提供宝贵的预警时间,以便实时观测这一宇宙奇观。

江门中微子观测站的工作不仅将推动粒子物理学的发展,更将为人类探索宇宙奥秘开辟新的道路。当中微子真正成为探索未知领域的工具时,一个全新的“中微子时代”或将到来。

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