科学家在地下700米捉“鬼” JUNO合作组成功测量两个“太阳中微子振荡参数”

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 江门中微子实验实现粒子物理重大突破 精确测量“幽灵粒子”振荡参数

 中国科学院高能物理研究所主导的江门中微子实验(JUNO)在正式运行仅两个月后便取得里程碑式科学突破。该国际合作项目通过位于地下七百米的尖端探测装置,成功以超越既往实验一点五至一点八倍的精度测量了两个关键的中微子振荡参数,这一成果标志着我国在高能物理前沿领域已具备世界领先的科研能力。实验不仅验证了探测器性能全面达到设计预期,更为解决粒子物理学悬而未决的重大问题开辟了新路径。

 中微子作为构成物质世界的基本粒子之一,因其几乎不与物质发生相互作用而被称为“幽灵粒子”。每秒钟有数以万亿计的中微子穿透我们的身体,却难以被察觉。江门中微子实验的核心科学目标之一是精确测量中微子振荡参数,即中微子在不同类型间转换的概率特性。此次实验聚焦的“太阳中微子振荡参数”(混合角θ₁₂及其相关质量参数),是理解太阳能量产生机制和宇宙中微子行为的关键。此前科学界通过太阳中微子和反应堆中微子两种方法测量这些参数时,结果存在约一点五倍标准偏差的不一致,形成所谓“太阳中微子偏差”,这可能是存在超越当前粒子物理标准模型的新物理现象的征兆。

 JUNO实验的优势在于其独特的地理位置与技术创新。探测器建于广东江门地下七百米深处,该深度能有效屏蔽宇宙射线干扰。其位置与阳江、台山核电站相距五十三公里,恰处中微子振荡峰值距离,使探测器能高效捕捉核反应堆产生的中微子。实验核心是一个有效质量达两万吨的液体闪烁体探测器,包含直径三十五点四米的有机玻璃球、两万吨超高透明度液体闪烁体及约四点五万只光电倍增管。当来自核反应堆的中微子与液体闪烁体相互作用时,会产生微弱闪光,光电倍增管将这些光信号转换为电信号,从而实现对中微子的精确捕捉。

 在2025年8月26日至11月2日的五十九天数据采集期内,JUNO探测器成功捕获两千三百七十九个中微子事例。通过对这些数据的深度分析,合作组完成了对太阳中微子振荡参数的高精度测量,精度较此前国际最佳结果提高了一点五至一点八倍。尤为重要的是,实验通过反应堆中微子数据证实了“太阳中微子偏差”的存在。这一偏差可能暗示存在第四种中微子或其他超越标准模型的物理现象,JUNO未来将通过同时测量太阳中微子和反应堆中微子,进一步探究这一偏差的物理本质。

 JUNO探测器在短时间内实现如此高精度的测量,证明其性能已全面达到或超越设计指标。中国科学院院士、JUNO项目经理王贻芳指出,探测器的高性能使团队能很快确定中微子质量顺序(即三种中微子中孰轻孰重),检验三代中微子振荡框架的完整性,并寻找可能突破现有理论的新物理现象。实验设计使用寿命达三十年,未来还可升级为世界最灵敏的无中微子双贝塔衰变实验,探索中微子是否为自身反粒子这一基本问题。

 作为我国主导的大型国际科学合作项目,JUNO汇聚了全球十七个国家和地区、七十五个科研机构的七百多位研究人员。中国科学院副院长丁赤飚表示,该项目展现了我国在基础科学研究领域开放合作的理念。实验成果得益于多项技术突破,包括自主研制的高量子效率光电倍增管、超低本底材料及精密刻度系统。这些技术创新不仅支撑了实验成功,也推动了国内相关产业升级。

 江门中微子实验的建设历时十余年,从2008年提出构想到2015年启动地下实验室建设,直至2025年8月正式运行,体现了长期投入对重大科学基础设施的重要性。实验成果对理解宇宙演化具有深远意义。中微子振荡参数的精确测量有助于揭示恒星内部核反应过程、超新星爆发机制,甚至宇宙中物质-反物质不对称性起源。未来,JUNO还将开展对太阳、超新星、大气及地球中微子的研究,推动多信使天文学发展。

 随着实验持续运行,JUNO有望在粒子物理、天体物理和宇宙学交叉领域产生更多突破性成果。该项目不仅提升了我国在基础科学研究领域的国际地位,更通过大科学装置的建设与运行,培养了新一代物理学家队伍。江门中微子实验的成功印证了持续投入基础科学研究的价值,展现了人类通过国际合作探索自然奥秘的共同努力。

来源：58财经