位于地下700米，江門中微子實驗裝置正式運行，為何探測中微子？

在廣東江門地下七百米的深處，一個巨大的科學裝置已經開始正式運行，它就是中國主持建造的江門中微子實驗裝置（JUNO），它的正式運行標志著人類在探索物質基本結構和宇宙起源的征途上邁出了重要一步。

中微子是一種極其微小的基本粒子，它們無處不在，卻又難以察覺。每一秒鐘，都有數以萬億計的中微子穿過我們的身體，而不留任何痕跡。它們誕生于宇宙中最激烈的事件：宇宙大爆炸、恒星內部的核聚變、超新星爆發，甚至地球內部的放射性衰變。

然而，中微子幾乎不與普通物質發生相互作用，這使得探測它們成為物理學中最具挑戰性的任務之一。

科學家們將中微子比作“幽靈粒子”，因為它們似乎能夠穿透一切，而不受阻礙。為什么我們要費盡心思去捕捉這些幽靈呢？答案在于，中微子可能掌握著解開宇宙奧秘的關鍵。現代物理學的一大謎題是為什么宇宙中物質遠遠多于反物質。根據大爆炸理論，宇宙誕生時應該產生等量的物質和反物質，但如今我們看到的宇宙幾乎完全由物質構成。

中微子的一種特殊行為，中微子振蕩，可能與這一謎題密切相關。

中微子振蕩是指中微子在飛行過程中從一種類型自發轉變為另一種類型。這種現象表明中微子具有極其微小的質量，這與粒子物理標準模型的預測相悖，暗示著存在超越現有理論的新物理。中微子研究還可能革新我們對地球內部的認識。地球內部放射性元素衰變產生的地熱中微子，可以幫助我們直接測量地球內部的熱量產生，這是傳統地質學方法無法實現的。通過分析這些“地球中微子”，科學家可以繪制地球內部的放射性分布圖，更好地理解地幔對流和板塊運動的驅動機制。

從更宏大的視角看，中微子研究將人類對宇宙的認知推向了新的邊界。

當中微子從宇宙深處抵達我們的探測器時，它們攜帶了產生地的原始信息，幾乎不受磁場和物質的干擾。這與帶電粒子（如宇宙射線）完全不同，后者在傳播過程中會被宇宙磁場偏轉，丟失源的方向信息。因此，中微子天文學使我們能夠直接追溯高能宇宙事件的源頭，比如活動星系核、伽馬射線暴甚至是暗物質湮滅的可能信號。江門中微子實驗裝置的核心是一個直徑達35米的有機玻璃球，內部充滿2萬噸液體閃爍體，周圍被數萬個高靈敏度的光電倍增管所包圍。

當來自核電站反應堆的中微子穿過這個巨大的探測器時，極少數中微子會與液體閃爍體中的原子核發生相互作用，產生微弱的閃光。

這些閃光被光電倍增管捕捉并放大，轉化為電信號，使科學家能夠重建中微子的能量和類型。選擇地下700米的深度是為了屏蔽宇宙射線的干擾，因為巖石層可以吸收大多數其他粒子，而中微子卻能輕松穿透。江門實驗的獨特之處在于其前所未有的能量分辨率。它能夠以驚人的精度測量中微子的能量分布，這對于研究中微子質量順序至關重要。

中微子有三種類型：電子中微子、繆子中微子和陶子中微子，它們對應著不同的質量狀態。

確定這三種中微子的質量順序——即哪個最重，哪個最輕——是當前粒子物理學的核心問題之一。這不僅能幫助我們理解中微子的本質，還可能揭示為什么宇宙中物質占主導地位。除了研究中微子質量順序，江門實驗還將探測來自超新星爆發的中微子。這些中微子攜帶了恒星內部極端條件下的寶貴信息，能幫助我們理解重元素的形成過程。1987年，科學家首次探測到來自超新星SN1987A的中微子，這一發現開啟了中微子天文學的新紀元。江門實驗的靈敏度將使我們能夠更詳細地研究未來銀河系內的超新星爆發。