中微子又被稱為“幽靈粒子”，在基礎(chǔ)科學(xué)、宇宙研究中很有價(jià)值。11月20日，隨著最后一個(gè)光電倍增管模塊安裝完成，我國(guó)位于廣東江門(mén)市地下700米的大科學(xué)裝置——江門(mén)中微子探測(cè)裝置主體全部建成。據(jù)了解，江門(mén)中微子探測(cè)裝置擁有世界最大單體有機(jī)玻璃球結(jié)構(gòu)，是目前世界最大、最靈敏的液閃中微子探測(cè)裝置，預(yù)計(jì)明年正式投入使用。該裝置為什么要建在地下？我國(guó)中微子研究還有哪些新布局？一起聽(tīng)聽(tīng)南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院柳若愚副教授怎么說(shuō)。

江門(mén)

中微子

探測(cè)裝置為什么建在地下700米？

中微子與物質(zhì)發(fā)生作用的概率低，穿透能力強(qiáng)，從而導(dǎo)致探測(cè)難度大，被稱為“幽靈粒子”。柳若愚表示，江門(mén)中微子探測(cè)裝置建在地下700米主要是為了屏蔽宇宙射線和其他外界因素的干擾，“如果中微子探測(cè)裝置建在地面上，宇宙射線以及其他粒子就能輕易地抵達(dá)，包括空氣中、土壤中，也會(huì)有一些天然的放射性元素，干擾中微子的測(cè)量”。中微子探測(cè)裝置建在地下700米，能有效屏蔽干擾因素，也不會(huì)影響中微子的捕獲。

江門(mén)中微子探測(cè)裝置與既往中微子研究裝置有何不同？

早前，歐洲在地中海、俄羅斯在貝加爾湖中都啟用了立方公里級(jí)的深水中微子望遠(yuǎn)鏡，南極洲冰立方中微子探測(cè)器也已運(yùn)行十余年，與既往的中微子裝置相較，江門(mén)中微子探測(cè)裝置有何不同？柳若愚表示，江門(mén)中微子探測(cè)裝置的科學(xué)目標(biāo)和探測(cè)原理與這些既往的中微子研究裝置都有所不同。

江門(mén)中微子探測(cè)裝置主要測(cè)量核反應(yīng)堆產(chǎn)生的中微子，探測(cè)目標(biāo)能量在MeV，也就是10的6次方電子伏特附近?！氨热缯f(shuō)俄羅斯貝加爾湖下的探測(cè)器，以及南極洲的探測(cè)器，它們主要探測(cè)的目標(biāo)能量段在TeV到PeV，也就是10的12次方到10的15次方電子伏特附近”，這些探測(cè)裝置探測(cè)的是更高能的中微子，跟江門(mén)中微子探測(cè)裝置的科學(xué)目標(biāo)不同。

江門(mén)中微子探測(cè)裝置建成了目前世界最大的液閃中微子探測(cè)裝置，主要通過(guò)液體閃爍器來(lái)對(duì)中微子進(jìn)行探測(cè)，而諸如貝加爾湖與南極洲的中微子探測(cè)裝置主要利用切倫科夫效應(yīng)來(lái)對(duì)中微子進(jìn)行探測(cè)。切倫科夫效應(yīng)是一種物理學(xué)現(xiàn)象。當(dāng)反應(yīng)堆發(fā)射的高能電子，其速度比光在水中的速度大而比光在真空中的速度小時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生一種電磁輻射。這種輻射達(dá)到一定強(qiáng)度后，會(huì)在屏蔽某些核反應(yīng)堆的池水中出現(xiàn)微弱的淺藍(lán)色光輝，這是看得見(jiàn)的切倫科夫輻射。這與江門(mén)中微子探測(cè)裝置的探測(cè)原理有所不同。

“世界最大單體有機(jī)玻璃結(jié)構(gòu)”有什么用？

江門(mén)中微子探測(cè)裝置中有一個(gè)直徑達(dá)到35.4米的有機(jī)玻璃球，是世界最大的單體有機(jī)玻璃球結(jié)構(gòu)，也是江門(mén)中微子探測(cè)裝置最核心的一個(gè)部件。柳若愚提到，有機(jī)玻璃球內(nèi)部會(huì)裝有液體閃爍器，當(dāng)中微子穿透有機(jī)玻璃球，打到液體里時(shí)，有概率和液體里的原子核發(fā)生相互作用，這一過(guò)程中產(chǎn)生的伽馬光子會(huì)在液體閃爍器中激發(fā)一些可被捕捉到的輻射。而在有機(jī)玻璃球里安裝的光電倍增管能捕捉中微子打上去產(chǎn)生的信號(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)中微子的探測(cè)。

世界最大單體有機(jī)玻璃結(jié)構(gòu)在工藝上也是一種突破，除了制造該結(jié)構(gòu)形態(tài)的精確性要求，“這個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)拼裝拼接的精度都有要求，它這個(gè)實(shí)驗(yàn)一下子要運(yùn)行幾十年，所以里面材料的耐用性要求也非常高?！绷粲扪a(bǔ)充道。

江門(mén)中微子探測(cè)裝置會(huì)影響周邊環(huán)境嗎？

對(duì)于江門(mén)中微子探測(cè)裝置的環(huán)境影響，柳若愚表示，“這對(duì)于環(huán)境基本上是沒(méi)有什么影響的，因?yàn)樗皇且粋€(gè)接收中微子的裝置，并不會(huì)產(chǎn)生一些影響到環(huán)境的額外輻射”。

我國(guó)中微子研究還將有哪些布局？

2020年12月12日，我國(guó)大亞灣核反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)裝置完成科學(xué)使命，取得了發(fā)現(xiàn)中微子的第三種振蕩模式這一重要成果，正式退役。柳若愚提到，江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)的一個(gè)主要目標(biāo)，就是接著大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)的成果去測(cè)定中微子的質(zhì)量順序。

近年來(lái)，我國(guó)在中微子研究領(lǐng)域投入了較多力量，除大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)和江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)外，我們?cè)诟吣芰慷蔚闹形⒆犹綔y(cè)上也有所布局?！氨热缯f(shuō)，我們預(yù)期在我國(guó)南海建造一個(gè)大型的中微子探測(cè)器去探測(cè)更高能的中微子，和貝加爾湖還有南極洲的這些國(guó)外的探測(cè)器相比，它們的探測(cè)能量段比較類似。”柳若愚補(bǔ)充說(shuō)，“在中國(guó)的西北敦煌附近，戈壁沙漠里面也安裝了一些射電的天線去探測(cè)一些中微子，這些中微子的目標(biāo)能量段就更高，大概是10的17次方電子伏特之上。”

柳若愚還說(shuō)，在天文學(xué)有一種多信使天文學(xué)的說(shuō)法，是指我們不僅僅要通過(guò)光來(lái)探測(cè)和了解這個(gè)宇宙，也要通過(guò)一些其他的信使來(lái)完成這個(gè)目標(biāo)，而中微子就是其中非常重要的一種。因此，“現(xiàn)在在國(guó)際上，中微子的天文學(xué)研究也越來(lái)越熱門(mén)，我們國(guó)家在這個(gè)方面也有很多的布局和發(fā)展”。