当你伸出手，每秒就有上万亿个微小粒子穿过你的手掌——它们来自太阳的核反应 ，来自遥远的星系 ，甚至来自宇宙诞生之初的余晖。但你既看不到它们，也摸不到它们 。这种被科学家称为“幽灵粒子”的神秘存在 ，就是中微子 。
而现在 ，在中国广东开平地下700米深处，一个巨型探测器正静静等待着它们的到来——这就是江门中微子实验（JUNO） ，一个由中国牵头发起、来自17个国家和地区的69家单位共同参与的“捕中微子神器 ”。它为何要建在地下？又将如何破解中微子的秘密？让我们一起揭开它的面纱 。
中微子研究的“接力赛 ”
想要理解江门中微子实验的意义 ，我们得先回到中微子研究的百年历程 。中微子的故事，始于一场“能量危机”。20世纪初 ，物理学家在研究β衰变（一种原子核自发释放电子的过程）时发现 ，反应前后的能量似乎“不守恒 ”——总有一部分能量神秘消失 。为解释这一现象，泡利大胆提出假说——存在一种“看不见的粒子 ” ，带走了那部分“失踪”的能量 。这种粒子不带电 、质量极轻 ，几乎不与其它物质相互作用，这也使得验证它的存在变得异常困难。泡利甚至在信中调侃，自己预测了一种“无法被探测的粒子 ” 。
物理学家泡利
（图片来源：维基百科）
但科学的魅力就在于“打破不可能” 。1956年 ，美国科学家莱因斯和考恩就用一场精妙实验，实现了中微子研究的重大突破。他们的实验原理是在核反应堆附近放置装满氯化镉溶液的水箱——反应堆产生的中微子 ，会以极低概率与水中的质子反应 ，生成中子与正电子；正电子随即与周围电子湮灭释放光子，而氯化镉吸收中子后 ，会再次辐射出光子 。通过探测这两组标志性的光信号 ，他们首次在实验中“抓 ”住了中微子的踪迹，并荣获1995年诺贝尔物理学奖 。
此后 ，关于中微子的研究成果进入“井喷期 ”：1962年 ，莱德曼 、施瓦茨和斯坦伯格发现中微子不止一种（当时发现了μ中微子），荣获1988年诺奖；1968年 ，戴维斯研究太阳中微子时 ，发现实际探测到的数量只有理论预期的1/3——这也正是困扰科学家们30年的“太阳中微子失踪之谜”；1987年，日本神冈探测器捕捉到超新星爆发产生的中微子，戴维斯和小柴昌俊因此荣获2002年诺奖。
而中国真正走进中微子研究的核心舞台 ，始于大亚湾中微子实验。该项目于2003年提出 ，2006年立项 。2012年，实验团队宣布发现了第三种中微子振荡模式（不同类型的中微子相互转化的现象） ，这一成果被《科学》杂志评为“年度十大科学突破 ” ，并斩获“全球基础物理突破奖 ” 。如果说大亚湾实验让中国“跻身国际中微子研究第一梯队”，那么江门中微子实验 ，则是中国向“中微子研究制高点”发起的冲击。
大亚湾中微子实验
（图片来源：中国科学院高能物理研究所）
2015年初，在中国科学院战略性先导科技专项和广东省人民政府的支持下 ，江门中微子实验启动建设 。历经十年攻关 ，2025年，实验正式建成并开始取数 。它与日本的Hyper-K、美国的DUNE并称为“全球三大中微子研究装置 ” ，并率先投入运行 ，使我国在中微子研究领域的国际领先地位进一步巩固。
为何选址开平？解密中微子实验的“黄金位置”
中微子的“隐身能力 ”极强——它只参与宇宙四大基本相互作用中的“弱相互作用 ”（另三种是引力 、电磁力 、强相互作用），不携带电荷，因此不会被电场或磁场偏转；它的质量轻到至今无法精确测量 ，速度接近光速 ，可以几乎不受阻碍地穿过地球等天体 。
要捕捉这样的“幽灵粒子”，实验选址必须满足两个关键条件：足够多的中微子源 ，以及足够厚的“屏蔽层 ” 。而广东开平的打石山下 ，恰好是这两个条件的“完美结合体 ”。
首先，中微子的探测效率与“源的强度”直接相关 。江门中微子实验的“目标源 ” ，是距离开平约53公里的阳江核电站与台山核电站 。这两座反应堆能提供丰富的中微子源 ，相当于为实验持续输送“源源不断的粒子炮弹 ”。更重要的是，53公里这个距离 ，是经过计算的“黄金距离” 。中微子有一个特殊能力——“振荡 ” ，即从一种“味道 ”（电子中微子、μ中微子 、τ中微子）变成另一种 。江门实验的首要科学目标，正是通过探测中微子振荡现象 ，确定中微子的“质量顺序”。而理论计算显示 ，在距离核反应堆50~55公里的范围内，中微子振荡效应最为显著，能为实验提供最有利的观测条件。
其次 ，选址在地下700米 ，是为了“屏蔽干扰” 。地面上充满了宇宙射线（来自宇宙空间的高能粒子），这些粒子会产生与中微子信号相似的“噪声 ” ，干扰实验测量 。而厚厚的岩石层 ，就像一道“天然盾牌 ”，能大幅度降低各种射线的强度 ，让探测器在“安静的地下环境”中专注捕捉中微子 ，是理想的实验场地。
“巨型捕手 ”的尖端科技
江门中微子实验室内，有一个深44米 、直径43.5米的圆柱形水池 。水池中是实验的最核心的部分 ，也就好比是它的“心脏 ”——中心探测器 ，是一个巨大的球形装置 。球体的壳有两层：外层是不锈钢网架，内层是有机玻璃板；球体内部灌注了液体闪烁体。当中微子穿过中心探测器时 ，有极小的概率会与探测器的液体闪烁体发生相互作用 ，并产生微弱的光 。而不锈钢网架上安装的数万只“光电倍增管”，就像“灵敏的眼睛 ”，能捕捉到这些光子 ，并将其转化为电信号——通过分析电信号的时间、强度和分布 ，科学家就能反推出中微子的能量 、方向和“味道 ” 。
江门中微子实验探测器示意图
（图片来源：中国科学院高能物理研究所）
灌水前的江门中微子实验的中心探测器
（图片来源：中国科学院高能物理研究所）
要实现这一过程 ，探测器的每一个部件都需达到“世界级精度 ”。中国科研团队与企业协同攻关，突破多项技术瓶颈：自主研发了高量子效率 、高增益、高收集效率的20吋微通道板型光电倍增管 ，打破国外垄断；直径41.1米的不锈钢网壳 ，采用12万套自主知识产权高强螺栓拼接，确保水中浸泡不变形 ，球形网格拼装精度控制在3毫米内；直径35.4米的有机玻璃球厚度仅12厘米 ，由263块有机玻璃板拼接而成；研发高洁净度 、高密封 、高效率的生产与纯化系统，成功制备出光传输衰减长度超20米的液闪 ，指标达当前世界最高水平 。
安装就位的光电倍增管
（图片来源：中国科学院高能物理研究所）
2025年8月26日，江门中微子实验正式运行取数，成为国际上首个建成的新一代大型中微子实验装置 。试运行首批数据显示 ，探测器关键性能指标均达设计预期 ，部分已实现超越。
江门中微子实验探测到的一个反应堆中微子事例
（图片来源：中国科学院高能物理研究所）
结语：地下700米的“宇宙之眼”
从泡利的“绝望猜想” ，到莱因斯和考恩的“首次探测 ”；从大亚湾实验的“突破 ”，到江门实验的“领跑”——中微子研究的百年历程 ，见证了人类对宇宙奥秘的执着探索 。而江门中微子实验 ，这座建在地下700米的“科学城堡 ”，不仅是中国科技自立自强的象征 ，更是人类望向宇宙深处的“一只眼睛 ” 。
当江门中微子实验捕捉到中微子碰撞产生的微弱光子时 ，我们看到的不仅是“幽灵粒子”的踪迹，更是破解宇宙演化的密码。科学的征途没有终点 ，江门中微子实验的故事 ，才刚刚翻开序章。在未来的30年里，它将持续“倾听 ”中微子的“低语 ”，为人类解开更多宇宙之谜 。
出品：科普中国
作者：赵静宜（中国科学院高能物理研究所）
监制：中国科普博览
本文来自作者[乌雅露露]投稿，不代表视听号立场，如若转载，请注明出处：https://cn.stddy.com/life/202511-59259.html
评论列表（4条）
我是视听号的签约作者“乌雅露露”！
希望本篇文章《深入地下700米，江门中微子实验如何捕捉“幽灵粒子”？》能对你有所帮助！
本站[视听号]内容主要涵盖：国足,欧洲杯,世界杯,篮球,欧冠,亚冠,英超,足球,综合体育
本文概览：当你伸出手，每秒就有上万亿个微小粒子穿过你的手掌——它们来自太阳的核反应，来自遥远的星系，甚至来自宇宙诞生之初的余晖。但你既看不到它们，也摸不到它们。这种被科学家称为“幽灵粒子...