江门中微子实验建设最新进展：攻克系列国际技术难题步入收官

在广东江门开平市金鸡镇的地下700米深处，一个名为江门中微子实验JUNO的国家重大科技基础设施正在悄然崛起。作为中国主导的第二个大型中微子实验项目，它以测量中微子质量顺序为首要科学目标，同时涵盖超新星中微子、地球中微子、太阳中微子等前沿研究，备受全球科学界关注。近日，实验建设传来振奋人心的消息：项目团队成功攻克一系列国际技术难题，中心探测器主体装置已基本建成，标志着这一大科学装置进入收官阶段，预计2025年8月正式运行取数，未来将运行约30年，为人类探索宇宙奥秘提供重要平台。江门中微子实验的核心探测设备是一个巨型液体闪烁体探测器，位于地下实验大厅内44米深的水池中央。其主体结构由直径411米的不锈钢网壳和直径354米的有机玻璃球组成，内部装填2万吨液体闪烁体，并配备45万只光电倍增管。这些设备共同构成了一个精密的“捕手”，用于捕捉被称为“幽灵粒子”的中微子。中微子是宇宙中最古老、数量最多的基本粒子之一，因其质量极轻、速度接近光速且几乎不与物质反应，探测难度极高。江门中微子实验的探测器规模是国际最大液体闪烁体探测器的20倍，能量精度提高1倍，放射性本底极低，堪称全球最灵敏的中微子探测装置。在建设过程中，项目团队面临多项国际技术难题，但凭借集智攻关，成功突破瓶颈。首先，他们自主研发了具有国际最高光子探测效率的20英寸光电倍增管，打破了国外技术垄断，并获得欧盟、美国、日本等地的专利授权。其次，团队开发出高强度、高精度、高透光率的水下防爆系统，确保光电倍增管在极端环境下稳定运行。此外，液体闪烁体的纯化技术也是一大亮点，项目组研发出高洁净度、高密封、高效率的纯化系统，获得国际上衰减长度最长的液体闪烁体，洁净度达到2万吨液体中灰尘总量不超过0008克的苛刻要求。为了支撑这一巨型探测器，团队还完成了直径354米有机玻璃球的研制与安装，这个世界最大的单体有机玻璃球由263块12厘米厚的面板拼接而成，薄如蛋壳却能承受内外液体的巨大压力差，其生产工艺和粘接技术均为全球首创。不仅如此，实验大厅所在的地下洞室跨度达495米，是国内最大跨度的深埋地下工程，施工难度堪称世界级。江门中微子实验的选址也颇具讲究。项目位于阳江和台山核电站群等距53公里处，这一距离正好对应中微子振荡效应的极大值，有助于提高测量精度。地下700米的花岗岩岩层能有效屏蔽宇宙射线干扰，确保实验数据的纯净。首席科学家王贻芳院士表示，实验的成功选址是科学与运气的结合，阳江和台山核电站群的总功率为全球最高，为测量中微子质量顺序提供了得天独厚的条件。除了技术突破，江门中微子实验还展现了中国在国际科研合作中的引领力。项目吸引了来自17个国家和地区、74个研究机构的750位科研人员参与，形成了经费分担、技术共研、成果共享的合作模式。国际合作组的成果将以集体名义发表，体现了全球科学共同体的协作精神。相比大亚湾中微子实验，江门中微子实验的国际合作规模更大，影响力更广，堪称中国粒子物理研究走向世界舞台的重要一步。目前，实验建设已完成95的任务量，中心探测器的有机玻璃球已合拢，不锈钢网架和光电倍增管安装也接近尾声。2024年11月20日，最后一块光电倍增管模块安装完成，标志着探测器主体正式建成。接下来，团队将启动超纯水和液体闪烁体的灌装工作，预计2025年8月正式运行取数。未来，实验不仅有望率先测定中微子质量顺序，还将在超新星中微子、质子衰变等领域取得突破，甚至可能在2030年升级为全球最大的无中微子双衰变实验，探索中微子绝对质量。