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文 | 默 达
2015年开始建设，2025年8月26日运行读数，2个月后即发布首个物理成果……江门中微子实验正应了那句话，“十年砺剑，一朝试锋”。日前，研究人员通过对今年8月26日至11月2日共59天有效数据的分析，测量出描述中微子振荡的两个参数，精度比此前实验的最好记录提高1.5—1.8倍，这意味着探测器关键性能指标已全面达到甚至超越设计预期。
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运行仅2个月，江门中微子实验发布首个物理成果 实现前所未有测量精度！
当然，以“剑”为喻可能不够恰当，江门中微子实验的科学装置更像是一只深埋于地下的“大眼睛”，追寻捕获空间中的“幽灵粒子”——中微子，作为当代物理学研究的前沿方向，宇宙起源、暗物质现象和新物理规律的“摩斯电码”，吸引着世界各国的目光，其在远程通信、扫描勘察和军事领域也有着广阔的应用前景。
中微子无处不在，就在这一瞬间，数以亿计的中微子正穿过我们的身体，然而发现却经历了曲折的过程。人们在研究原子核中中子向质子的衰变时，发现每次释放出的电子能量不同，且释放量与原子核的总量对不上，这违背了我们熟知的“能量守恒定律”。科学家泡利推测，其中存在一种“看不见的粒子”。1956年，人们首次在实验中发现中微子的存在，但围绕其性质，仍然存在不少争议——中微子有质量吗？它的质量又从哪里来？它的运动速度可以超光速吗？其中每一项都可能打破现有的物理学规律和标准粒子模型，是妥妥的“诺奖级”课题。
江门中微子实验探测器，中心探测器外工人正在高空安装光电倍增管模块，那是探测器的眼睛。 刘悦湘 摄
江门中微子实验探测器，中心探测器外工人正在高空安装光电倍增管模块，那是探测器的眼睛。 刘悦湘 摄
而江门中微子实验的首要科学目标，正是测定中微子的质量顺序。这“听起来很难，实际上确实一点也不简单”。一方面，中微子太小太小、与物质的相互作用又极弱，无法用常规方法测量；另一方面，中微子“既特殊又调皮”，现有研究认为，它的质量来源或许不同于其他基本粒子，而是来自“中微子振荡”。随着时间的推移，中微子或将经历三种形态，每一种都蕴含着不同的量子数，这正是我们要研究的质量顺序。为了精准地捕获并测量相关参数及其偏差值，不仅需要无干扰的环境中进行实验，同时也要临近中微子的“巨型工厂”——核反应堆，更需要包括光电倍增管在内一系列精密装置的配合，于是我国在江门700米的地底，建起一颗美丽且神秘的“水晶球”。
2024年10月21日，位于地下700米的江门中微子实验探测器主体已基本建成。
2024年10月21日，位于地下700米的江门中微子实验探测器主体已基本建成。
很多人或许不了解，江门中微子实验并非我国主持的第一个大型中微子实验。早在2012年3月，深圳大亚湾中微子实验室就率先发现第三种中微子振荡模式（前两种分别由日本和加拿大科学团队发现），这被视为中微子物理的里程碑，也标志着我国在这一领域取得国际领先。2020年，大亚湾中微子实验室完成科研使命正式退役，并由环境选址更优秀、观测能力更先进的江门中微子实验接棒。由测“振荡”到定“质量”，标志着我国科研能力正在跃上新台阶。
细心的你或许发现了，从深圳到江门，广东为中微子研究提供了一方沃土。政策鼎力支持、科技人才集聚，开放的科研环境、完备的配套措施和成熟的转化机制，吸引一批“大国重器”和国家级创新平台、重点实验室先后落地。
以王贻芳为首的大亚湾中微子实验项目组，将下一步目标瞄准了正在建造的江门中微子实验。“我们将利用阳江和台山两个核电站群产生的中微子，测定中微子质量顺序、精确测量中微子振荡参数，研究超新星、地球及太阳中微子，寻找质子衰变、不活跃中微子等。预计2030年左右可以升级为世界最大的中微子双β衰变实验：测量中微子绝对质量，判断其反粒子是否是其自身。”王贻芳说。
以王贻芳为首的大亚湾中微子实验项目组，将下一步目标瞄准了正在建造的江门中微子实验。“我们将利用阳江和台山两个核电站群产生的中微子，测定中微子质量顺序、精确测量中微子振荡参数，研究超新星、地球及太阳中微子，寻找质子衰变、不活跃中微子等。预计2030年左右可以升级为世界最大的中微子双β衰变实验：测量中微子绝对质量，判断其反粒子是否是其自身。”王贻芳说。
广东是大科学装置的“摇篮”，那大科学装置集群会为广东带来什么？短期来看，它们打开了一扇国际科技合作和诺奖级成果产出的新窗口，而在更长的周期上，硬核科学也有浪漫的一面——改变带来新生、振荡化为质量，科创成果的溢出效应将为高质量发展注入强劲动能，并最终造福普通人的生活。
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