每時(shí)每刻，我們的身體都會(huì)被數(shù)以萬計(jì)的“隱身物質(zhì)”穿過，我們卻完全感知不到它們的存在。這些“隱身物質(zhì)”就是構(gòu)成物質(zhì)世界最基本的粒子之一：中微子。

(資料圖)

在廣東江門，國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施江門中微子實(shí)驗(yàn)裝置正在緊張建設(shè)中。目前，位于地下700米的中心探測(cè)器有機(jī)玻璃球已經(jīng)完成赤道層安裝，預(yù)計(jì)今年年底完成整個(gè)探測(cè)器的建設(shè)。

什么是中微子？我們?yōu)槭裁匆綔y(cè)它？這個(gè)深埋地下700米的探測(cè)裝置到底長(zhǎng)什么樣？它將如何捕捉中微子？研究中微子又將為我們解答哪些宇宙的奧秘？一問到底↓

什么是中微子？為何要探測(cè)中微子？

宇宙中無處不在的中微子到底是什么？我們又為何要專門建一個(gè)大裝置來探測(cè)它？

中國(guó)科學(xué)院高能物理所研究員 江門中微子實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)安裝經(jīng)理 胡濤：中微子是一種不帶電的中性粒子，所謂微，就是質(zhì)量特別小，它比電子的質(zhì)量大概還要小億分之一，像電子、夸克一樣都屬于組成現(xiàn)在物質(zhì)界的最基本粒子之一。

中微子是人類目前所知的建造物質(zhì)世界最小的磚塊，比組成我們?nèi)梭w粒子的間隙還要小，很難被探測(cè)到，因此它也被稱為“幽靈粒子”。中微子無處不在，恒星內(nèi)部的核反應(yīng)，超新星的爆發(fā)，核反應(yīng)堆的運(yùn)行，以至于巖石中的放射性物質(zhì)衰變，都產(chǎn)生大量中微子。但是，由于中微子與普通物質(zhì)的相互作用很弱，甚至可以穿過整個(gè)地球而不被任何物質(zhì)吸收，因此，無所不在的中微子卻是基本粒子中人類了解最少的一種，至今仍有諸多未解之謎。

中國(guó)科學(xué)院高能物理所研究員 江門中微子實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)安裝經(jīng)理 胡濤：因?yàn)橹形⒆雍茈y發(fā)生相互作用，而且就算發(fā)生也是弱相互作用，換句話說，就是能量交換非常少，所以探測(cè)器一定要做得特別大，足夠大才有可能得到足夠多的樣本，才能探測(cè)這些難以捕捉的“幽靈粒子”，我們正在建設(shè)的是一個(gè)巨大的、球形的深埋地下的探測(cè)器。

深埋地下700米 中微子探測(cè)裝置長(zhǎng)啥樣？

我們之所以要探測(cè)身邊無處不在的中微子，是因?yàn)樗鼈冞€有諸多未解之謎。而我們的探測(cè)器是一個(gè)深埋地下700米的巨大的球形裝置，這個(gè)正在建設(shè)中的裝置到底什么樣？

總臺(tái)央視記者 任梅梅：從江門中微子地下實(shí)驗(yàn)室的入口，到達(dá)地下700米的深度，需要乘坐纜車，這個(gè)纜車也是科研人員每天上下通勤的“班車”，每次可以同時(shí)搭載40多人。

乘坐纜車，穿過1267米的斜井隧道，大約15分鐘，記者來到了地下700米的巖洞。

總臺(tái)央視記者 任梅梅：在這個(gè)巨大水池中央的球形探測(cè)裝置就是主探測(cè)器了，它是一個(gè)直徑30多米的有機(jī)玻璃體，在外側(cè)是不銹鋼的支撐框架，光電倍增管等一系列探測(cè)設(shè)備的安裝工作正在緊張進(jìn)行當(dāng)中，它就像一個(gè)深埋在地下的大“眼睛”，幫助科學(xué)家們捕捉中微子的痕跡。

球形探測(cè)器最大圈層赤道層如何安裝？

目前這個(gè)中微子實(shí)驗(yàn)裝置的中心探測(cè)器有機(jī)玻璃球已經(jīng)完成赤道層安裝，那么作為最大圈層的赤道層安裝有何難點(diǎn)？

總臺(tái)央視記者 帥俊全：在江門中微子實(shí)驗(yàn)的水池底部，上方正在建造的就是世界最大也最靈敏的液體閃爍體中微子探測(cè)器。在腳手架的施工平臺(tái)上方，正在施工的就是世界最大的直徑35米的有機(jī)玻璃球，正進(jìn)行它的最大圈層——赤道層的安裝。

升降平臺(tái)是完成有機(jī)玻璃球安裝的重要輔助平臺(tái)，直徑和高度逐層可變。工程人員將在該平臺(tái)上逐層完成有機(jī)玻璃的吊裝就位、拼接聚合、固化、退火、打磨、清洗、貼膜等工序，最終完成有機(jī)玻璃球的整體安裝。

中國(guó)科學(xué)院高能物理所正高級(jí)工程師 江門中微子實(shí)驗(yàn)總工程師 馬驍妍：赤道層相對(duì)于其他層來說，它的難度就是在于每一塊板材的尺寸很大，在調(diào)裝的過程中會(huì)相對(duì)難一些。

專家介紹，整個(gè)探測(cè)器總共由263塊有機(jī)玻璃板拼接而成，每一塊玻璃板的厚度有120毫米，這也是目前世界上最大的單體有機(jī)玻璃結(jié)構(gòu)。

中國(guó)科學(xué)院高能物理所正高級(jí)工程師 江門中微子實(shí)驗(yàn)總工程師 馬驍妍：你覺得120毫米很厚了，如果按比例去看的話，其實(shí)它比雞蛋殼還要薄的，（因?yàn)椋┪磥砦覀冋镜倪@個(gè)地方就是液體閃爍體，兩萬噸的液體閃爍體在有機(jī)玻璃球里面。

地下“水晶球”將如何捕捉“幽靈粒子”？

據(jù)專家介紹，江門中微子探測(cè)器的主體部分，也就是這個(gè)直徑約35米的有機(jī)玻璃球，相當(dāng)于12層樓的高度，建成后，玻璃球里面將灌入2萬噸液體閃爍體，而它外部的水池里，將充滿3.5萬噸高純水，相當(dāng)于300萬桶桶裝水的量。為何要在球形探測(cè)器里面灌入液體閃爍體，這樣的設(shè)置將如何捕捉“幽靈粒子”中微子呢？

液體閃爍體，作為探測(cè)中微子的介質(zhì)，它的主要成分其實(shí)是一種叫烷基苯的液體，是日常生活中使用的洗衣粉、洗衣液的原料，無毒無味對(duì)人體沒有任何危害性，但是江門中微子實(shí)驗(yàn)所用的液體閃爍體不僅要很透明，還要求非常干凈，具體來說就是2萬噸液體里面混入的灰塵不能超過0.008克。

中國(guó)科學(xué)院高能物理所研究員 江門中微子實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)安裝經(jīng)理 胡濤：帶電粒子打上去以后，它能發(fā)出光的，我們叫它閃爍光，所以我們叫它液體閃爍體，直徑有37米的球，光可能會(huì)在中間發(fā)出，它要穿過這個(gè)閃爍體出來，如果透明度不夠，光在里面就被吸收，就傳不出來了，所以我們需要更透明。

當(dāng)外界的中微子進(jìn)入到探測(cè)器內(nèi)部，只要有一個(gè)中微子與液體閃爍體作用，它就會(huì)發(fā)出微弱的光，這個(gè)光是我們?nèi)庋蹮o法分辨的，不過探測(cè)器外圍的數(shù)萬個(gè)光電倍增管可以將其捕捉到，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，并將微弱的電信號(hào)放大1000萬倍。

中國(guó)科學(xué)院高能物理所研究員 江門中微子實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)安裝經(jīng)理 胡濤：光電倍增管把它由光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，再通過電子學(xué)送到計(jì)算機(jī)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析我們就可以得到中微子的一些性能了。

中微子探測(cè)裝置為何要建在地下700米？

中微子探測(cè)裝置為什么要建在地下700米深處呢？探測(cè)中微子不能在地面上進(jìn)行嗎？

中國(guó)科學(xué)院高能物理所研究員 江門中微子實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)安裝經(jīng)理 胡濤：中微子它本來是很難探測(cè)，地面上有大量的來自宇宙的宇宙線，這種宇宙線打到我們的探測(cè)器上也會(huì)產(chǎn)生假的中微子信號(hào)，所以說我們把探測(cè)器放到地下，這樣的話，地下700米的巖石層就能把這些宇宙線給阻擋掉。

在地下700米建設(shè)大科學(xué)裝置有多難？

專家介紹，要捕捉中微子，需要足夠深、足夠暗、足夠干凈的環(huán)境，700米地下深處，可以屏蔽掉絕大多數(shù)的宇宙線。不過，要在地下700米建設(shè)如此龐大的一個(gè)探測(cè)裝置，并非易事，到底有哪些難點(diǎn)呢？

中國(guó)科學(xué)院高能物理所研究員 江門中微子實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)安裝經(jīng)理 胡濤：首先這邊是在南方，挖掘的時(shí)候，有大量的水，現(xiàn)在每小時(shí)三四百立方的水我們往上抽，我們地下的隧道，包括地下試驗(yàn)室的挖掘都是非常困難，第二個(gè)就是地下700米巖石的溫度已經(jīng)高達(dá)37度，這種高溫高濕的環(huán)境對(duì)我們?nèi)藛T的工作壓力是很大的。第三個(gè)關(guān)于有機(jī)玻璃球，這是目前來說世界上最大的一個(gè)單體有機(jī)玻璃球，所以整個(gè)制作其實(shí)是有很多的技術(shù)難題在里面的。

為了保證探測(cè)器的潔凈度、變形控制和作業(yè)安全，整個(gè)不銹鋼網(wǎng)架地下組裝不使用焊接，而是采用擁有專利的高強(qiáng)不銹鋼鉚釘連接技術(shù)，精度要達(dá)到毫米量級(jí)，鉚釘數(shù)量就達(dá)到了12萬套。

中微子探測(cè)裝置建成后將解答哪些科學(xué)謎題？

中微子探測(cè)器，這個(gè)深藏于地下700米的科學(xué)重器，建成以后將為我們解開哪些科學(xué)謎題，又將探索到宇宙的哪些奧秘呢？

據(jù)了解，建成后，江門中微子實(shí)驗(yàn)將運(yùn)行30年，預(yù)計(jì)在中微子質(zhì)量順序、中微子混合參數(shù)的精確測(cè)量以及超新星、地球及太陽(yáng)中微子研究方面產(chǎn)出系列重大物理成果。

中國(guó)科學(xué)院高能物理所研究員 江門中微子實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)安裝經(jīng)理 胡濤：江門中微子實(shí)驗(yàn)的首要目標(biāo)就是希望測(cè)量中微子的質(zhì)量順序，這個(gè)對(duì)中微子物理，包括天文物理都是非常重要的一個(gè)參數(shù)，第二進(jìn)一步精確測(cè)量中微子振蕩的一些參數(shù)，希望得到國(guó)際最先進(jìn)的水平，希望有新的物理發(fā)現(xiàn)，除此之外我們可能還有一些在超新星爆發(fā)的機(jī)制、太陽(yáng)核心的物理核反應(yīng)，甚至地球模型的研究上，都是有可能有一些貢獻(xiàn)的。