中新網(wǎng)廣東江門10月11日電(記者 孫自法)以國(guó)際粒子物理研究熱點(diǎn)且競(jìng)爭(zhēng)激烈的測(cè)量中微子質(zhì)量順序?yàn)槭滓茖W(xué)目標(biāo)，位于地下700米的中國(guó)大科學(xué)裝置——江門中微子實(shí)驗(yàn)(JUNO)建設(shè)進(jìn)程中的一舉一動(dòng)都備受關(guān)注。
10月10日，江門中微子實(shí)驗(yàn)的核心探測(cè)設(shè)備——中心探測(cè)器已完成95%建設(shè)任務(wù)。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝來自建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的最新消息說，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過攻克一系列國(guó)際技術(shù)難題，江門中微子實(shí)驗(yàn)建設(shè)目前已完成95%任務(wù)進(jìn)入收官階段，預(yù)計(jì)2024年11月底完成全部設(shè)備安裝任務(wù)，并啟動(dòng)超純水、液體閃爍體的灌裝，2025年8月正式運(yùn)行取數(shù)，設(shè)計(jì)運(yùn)行壽命約30年。
實(shí)驗(yàn)二期：有望取得重大成果
大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)之后，中國(guó)為什么又要建設(shè)江門中微子實(shí)驗(yàn)？
中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所(高能所)所長(zhǎng)、江門中微子實(shí)驗(yàn)首席科學(xué)家和項(xiàng)目經(jīng)理王貽芳院士指出，作為物質(zhì)世界最基本的粒子之一，中微子在粒子物理、天體物理和宇宙學(xué)中占有極為重要的地位，宇宙演化的歷史與未來依賴于中微子質(zhì)量。
作為大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)二期，設(shè)計(jì)、研制江門中微子實(shí)驗(yàn)裝置，將用于測(cè)定中微子質(zhì)量順序、中微子混合角，研究超新星中微子、地球中微子、太陽中微子，尋找質(zhì)子衰變、惰性中微子等，將為宇宙起源、質(zhì)量起源和暗物質(zhì)、暗能量等基礎(chǔ)物理學(xué)前沿研究奠定重要基礎(chǔ)，并有望取得重大成果。
他說，國(guó)際上現(xiàn)有許多實(shí)驗(yàn)試圖測(cè)量中微子絕對(duì)質(zhì)量，但精度還有相當(dāng)距離。因此，江門中微子實(shí)驗(yàn)擬在2030年前后升級(jí)改造為世界最靈敏的無中微子雙貝塔(beta)衰變實(shí)驗(yàn)，以測(cè)量中微子絕對(duì)質(zhì)量，判斷其是否為馬約拉納粒子。這既將推動(dòng)中國(guó)科學(xué)院高能所建設(shè)成為“國(guó)際一流高能物理研究中心”，也將使中國(guó)在中微子研究領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位得到進(jìn)一步鞏固。
攻克難題：國(guó)際上前所未有
作為目前世界上最大、最靈敏的中微子探測(cè)項(xiàng)目，江門中微子實(shí)驗(yàn)的核心探測(cè)設(shè)備為一個(gè)2萬噸的液體閃爍體(液閃)探測(cè)器，比當(dāng)前國(guó)際最大液閃探測(cè)器大20倍；3%能量精度，比當(dāng)前國(guó)際最好水平高1倍；極低放射性本底，與500噸探測(cè)器達(dá)到的國(guó)際最好水平相當(dāng)……其建設(shè)需要解決高量子效率的新型光電倍增管研制、高性能液體閃爍體研制、超大型高精度探測(cè)器設(shè)計(jì)制造、超大跨度實(shí)驗(yàn)洞室等一系列國(guó)際上前所未有的技術(shù)難題。
10月10日，王貽芳院士在隧道內(nèi)介紹地下700米的江門中微子實(shí)驗(yàn)建設(shè)相關(guān)情況。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝王貽芳表示，針對(duì)系列國(guó)際技術(shù)難題，江門中微子實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)集智攻關(guān)，在新型光電倍增管及其水下防爆系統(tǒng)、液閃純化系統(tǒng)、水下電子學(xué)、有機(jī)玻璃球及不銹鋼網(wǎng)架、深埋地下洞室等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)多項(xiàng)重要突破。
發(fā)明一種全新構(gòu)型及電子放大方式的新型光電倍增管，具有國(guó)際最高光子探測(cè)效率，獲歐盟、美國(guó)、日本等專利授權(quán)，打破該領(lǐng)域國(guó)際壟斷；研制出高強(qiáng)度、高精度、高透光率光電倍增管水下防爆系統(tǒng)，并為每一支光電倍增管加裝保護(hù)裝置，確保實(shí)驗(yàn)裝置安全。
研發(fā)出高潔凈度、高密封、高效率的液閃純化系統(tǒng)，成功獲得光傳輸衰減長(zhǎng)度大于20米的液閃，是目前世界最好水平；采用水下電子學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以民用器件實(shí)現(xiàn)航天級(jí)別的可靠性。
江門中微子實(shí)驗(yàn)的核心探測(cè)設(shè)備——中心探測(cè)器位于地下實(shí)驗(yàn)大廳內(nèi)44米深的水池中央，直徑41.1米的不銹鋼網(wǎng)殼是探測(cè)器的主支撐結(jié)構(gòu)，承載35.4米直徑的有機(jī)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英寸光電倍增管等諸多探測(cè)器部件。其中，不銹鋼網(wǎng)架是目前中國(guó)最大的單體不銹鋼主結(jié)構(gòu)；有機(jī)玻璃球凈重約600噸，是世界最大的單體有機(jī)玻璃球。
江門中微子實(shí)驗(yàn)還建成中國(guó)最大跨度深埋地下洞室，地下實(shí)驗(yàn)室布設(shè)于埋深730米的花崗巖巖株內(nèi)，相關(guān)施工屬于世界級(jí)的超常規(guī)地下工程。
國(guó)際合作：共同研發(fā)成果共享
中國(guó)科學(xué)院高能所副所長(zhǎng)、江門中微子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目常務(wù)副經(jīng)理曹俊研究員說，在大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)開展良好國(guó)際合作的基礎(chǔ)上，江門中微子實(shí)驗(yàn)國(guó)際合作“又上一層樓”，取得很大發(fā)展，合作伙伴提供實(shí)物設(shè)備及經(jīng)費(fèi)約占10%，參與科技人員也比大亞灣多很多。
自2014年7月成立江門中微子實(shí)驗(yàn)國(guó)際合作組以來，目前已發(fā)展為17個(gè)國(guó)家和地區(qū)的74個(gè)研究機(jī)構(gòu)的750位科研人員構(gòu)成的大型國(guó)際合作組，其中，近300人來自歐洲，主要國(guó)家包括意大利、德國(guó)、法國(guó)等。
在實(shí)驗(yàn)的國(guó)際合作組內(nèi)，經(jīng)費(fèi)投入分擔(dān)，技術(shù)共同研發(fā)，科研成果共享。這一系列責(zé)權(quán)利明晰的管理舉措將國(guó)際合作組成員聚合在一起，為共同的科學(xué)目標(biāo)努力。
曹俊還透露，江門中微子實(shí)驗(yàn)建設(shè)過程和未來運(yùn)行取得的所有成果，都將以國(guó)際合作組名義發(fā)表，所有參與合作的科學(xué)家都將共同署名。
中國(guó)科學(xué)院高能所主導(dǎo)研制完成的江門中微子實(shí)驗(yàn)20英寸光電倍增管讀出電子學(xué)項(xiàng)目，也吸引中外多家大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)參與，包括清華大學(xué)、意大利帕多瓦大學(xué)、俄羅斯杜布納研究所、比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)等。
江門中微子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目副經(jīng)理和現(xiàn)場(chǎng)安裝經(jīng)理、中國(guó)科學(xué)院高能所研究員楊長(zhǎng)根說，江門中微子實(shí)驗(yàn)建設(shè)過程平均有近300人在現(xiàn)場(chǎng)工作，參與合作的國(guó)際同行則陸陸續(xù)續(xù)來現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)開展各自的工作任務(wù)，基本上沒有斷過，即便疫情防控期間也都克服困難來現(xiàn)場(chǎng)工作。
10月10日，江門中微子實(shí)驗(yàn)的核心探測(cè)設(shè)備——中心探測(cè)器已完成95%建設(shè)任務(wù)，圖為魚眼鏡頭拍攝的壯觀場(chǎng)景。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝王貽芳認(rèn)為，江門中微子實(shí)驗(yàn)建成后將成為國(guó)際中微子研究的中心之一，與日本的頂級(jí)神岡中微子實(shí)驗(yàn)、美國(guó)的深部地下中微子實(shí)驗(yàn)形成中微子研究三足鼎立之勢(shì)，這也將使中國(guó)在中微子研究領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位得到進(jìn)一步鞏固。
他表示，2024年、2025年是江門中微子實(shí)驗(yàn)建設(shè)的關(guān)鍵之年，中國(guó)科學(xué)院高能所項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將全力以赴，高質(zhì)量完成建設(shè)任務(wù)，力爭(zhēng)產(chǎn)出一系列引領(lǐng)性的重大物理成果。(完)