你知道中微子吗?
在构成物质世界的12种基本粒子中,中微子占了3种。它是宇宙最古老、最基础的物质粒子,承载着宇宙诞生与演化的古老信息。
探测中微子的质量,对探究宇宙起源、演化、星系性质具有颠覆性意义。自1930年起,全球一代代研究者致力于破解这一“幽灵粒子”的奥秘。
在广东江门地下700米深处,一个直径超过35米的巨大有机玻璃球体静静伫立,持续捕捉中微子信号。这是位于广东的江门中微子实验(JUNO),是研究中微子的专用大科学装置。13年前,中国科学院高能物理研究所王贻芳团队将前沿科研布局落地于此。
2025年12月,JUNO对外发布首个物理成果:它以前所未有的精度成功测定了中微子振荡的两个关键参数,精度比过去几十年全球所有实验的综合结果还要高1.6倍,大幅刷新人类认知边界。今年6月,该成果以封面文章形式刊发于《自然》杂志。
这一重大原创科研突破,是“深圳—香港—广州”创新集群蝉联全球第一的缩影。王贻芳向南方财经记者表示:“中微子是通往标准模型之外新物理的一扇重要门户,对我们解决粒子物理问题和宇宙学问题,都能起到关键作用。同时,它也是粤港澳大湾区打造基础研究高地的重要一环。”
中微子能以接近光速轻易穿透地球和人体,却几乎不留痕迹,探测难度极高。人类直至1956年才首次捕捉到中微子踪迹,此后它便成为粒子物理领域的核心前沿课题。
从提出假说、首次发现到证实其拥有微小质量,全球科学界耗时近70年,而中微子质量排序至今仍是全球争相攻克的科研难题。
走进江门金鸡镇,从地面入口乘上缆车,沿斜井隧道缓缓下行约15分钟,便能看到一个宽敞明亮的地下空间。这地下700米深处,就是江门中微子实验的所在地。
在这里,有效质量达2万吨的液体闪烁体探测器浸泡于地下实验大厅44米深的水池中央。整个装置可精确测量中微子的能量,从而精准测定中微子振荡参数。
如今,这个巨型“水晶球”正在改写人类对物质世界的认知。
此外,这一大科学装置还可精确测量中微子6个振荡参数中的3个,达到优于1%的精度,并进行超新星中微子、地球中微子、太阳中微子、大气中微子等多项研究。
过去的17年间,王贻芳领导了这一装置的设计和建设。建设完成后,所有人最想知道的是,这个探测器是否达到了设计指标。两个月的数据获取证明,它确实达到了设计指标。
“过程中自然会有物理成果出来。可以说,江门中微子实验的物理成果和验证实验成功这两个目的都达到了。”王贻芳介绍。
数据也佐证了这一说法。基于探测器正式运行后59天的有效观测数据,JUNO完成了对两个中微子振荡参数的高精度测量,精度较此前数十年多项实验的综合结果提升了1.6倍,标志着中微子振荡研究进入精确测量新阶段。
《自然》审稿人评价称,该成果验证了JUNO探测器性能与分析方法的可靠性,在中微子振荡物理步入精确测量之际,确立了JUNO在新时代的关键地位,对三代中微子振荡框架检验、全局数据拟合以及未来中微子质量顺序测定具有直接意义。
另一项成果发布于今年6月22日。在国际中微子大会上,王贻芳又给出了中微子质量顺序倾向于正序的迹象。
在长基线加速器中微子实验结果的约束下,JUNO结果倾向正质量顺序(即m3>m2),统计显著性达到2.3倍标准偏差。这是迄今为止国际最高精度的中微子质量顺序测定,成为最终确定中微子质量排序的里程碑。
从大亚湾到江门,中国在中微子物理领域已处于世界最前沿。王贻芳也因此获得2026年国际基础科学奖章。给王贻芳的颁奖词这样写道:“王贻芳在实验粒子物理领域的卓越成就已成为现代科学的重要基石,也确立了他作为世界中微子研究领军人物的地位。”
按计划,2030年之后,江门中微子实验将升级对中微子双β衰变的测量,以此回答两个问题:中微子是不是它自身的反粒子;如果答案是肯定的,它的质量或许能被测出来。“这件事要做,有可能需要二十年。”王贻芳说。
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