什么？！科學(xué)家正在地下捉“鬼”？
來(lái)源： 新華網(wǎng)
2025-11-19 13:30:00
什么？！科學(xué)家正在地下捉“鬼”？
但這個(gè)“鬼”，不是你想的那個(gè)鬼，而是被稱為“幽靈粒子”的中微子。它，幾乎無(wú)處不在，每秒有3億億個(gè)太陽(yáng)中微子穿過(guò)每個(gè)人的身體，我們卻絲毫感覺(jué)不到。
要在浩瀚宇宙中捕捉到這個(gè)“幽靈”，如同大海撈針。廣東江門的一處?kù)o謐山體深處，地下700米，中國(guó)科學(xué)家歷時(shí)10余年建了一個(gè)大“玻璃球”，正在抓中微子。
費(fèi)這么大力氣捕捉中微子，究竟是要干什么？今天，《大國(guó)總師》對(duì)話江門中微子實(shí)驗(yàn)（JUNO）首席科學(xué)家王貽芳，聽(tīng)他講講中微子。
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“幽靈粒子”是個(gè)啥？
首先要說(shuō)的是，它太神秘了！
中微子是宇宙基本的粒子之一，也是最古老的物質(zhì)粒子?，F(xiàn)在，宇宙中每個(gè)角落都彌漫著巨量中微子，大部分為宇宙大爆炸的殘留，每立方厘米大概有300個(gè)。
它們以接近光速運(yùn)動(dòng)，幾乎不與任何物質(zhì)相互作用，穿透能力特別強(qiáng)，極難被探測(cè)，因此有“幽靈粒子”之稱。打個(gè)比方，地球的直徑約是12700多公里，穿過(guò)地球這么厚的物質(zhì)，100億個(gè)中微子可能只會(huì)被截住一個(gè)。
中微子就像宇宙留給人類的一道謎題，直到1956年，人類才首次通過(guò)核反應(yīng)堆捕捉到中微子的蹤跡。從那時(shí)起，中微子便成為物理學(xué)研究的重要課題，但至今仍有許多未解之謎。
這，引發(fā)了全球科學(xué)家的無(wú)限好奇。
“在構(gòu)成物質(zhì)世界的12種基本粒子中，中微子占了其中的3種。如果中微子有一點(diǎn)點(diǎn)質(zhì)量，對(duì)于研究整個(gè)宇宙的起源、演化和發(fā)展，乃至宇宙星系的性質(zhì)會(huì)有很大影響?！蓖踬O芳說(shuō)。
科學(xué)家們認(rèn)為，廣泛存在于物質(zhì)世界中的中微子，攜帶著非常多重要的神秘信息，其中就包括反物質(zhì)世界的信息。
真的存在反物質(zhì)世界嗎？如果真的存在，它在哪里？
或許，能從中微子里找到答案。
從提出中微子假說(shuō)，到首次發(fā)現(xiàn)中微子，再到證明中微子具有極其微小的質(zhì)量，全世界科學(xué)家用了將近70年。中微子質(zhì)量排序是目前全球爭(zhēng)相研究的前沿?zé)狳c(diǎn)難題，在此之前，有關(guān)中微子的重大發(fā)現(xiàn)，多次獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
“我們的職責(zé)就是發(fā)現(xiàn)前人沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，產(chǎn)生新知識(shí)?！睉汛е鴮?duì)未知的好奇，從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，王貽芳奮戰(zhàn)在基礎(chǔ)科學(xué)研究一線。在中國(guó)做中微子振蕩實(shí)驗(yàn)，成為他一大心愿。
2003年，王貽芳帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)論證設(shè)計(jì)了我國(guó)第一代中微子實(shí)驗(yàn)裝置——大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)，并于2012年發(fā)現(xiàn)新的中微子振蕩模式。《科學(xué)》雜志將這個(gè)發(fā)現(xiàn)列為當(dāng)年“全球十大科學(xué)進(jìn)展”。
如今，江門中微子實(shí)驗(yàn)接過(guò)了接力棒，開(kāi)始測(cè)量中微子的質(zhì)量順序，有望揭開(kāi)“幽靈粒子”的另一個(gè)神秘面紗。
2
為何要去地下700米？
相信很多人會(huì)好奇，捕捉中微子的大科學(xué)裝置長(zhǎng)什么樣？
如果俯瞰，中微子的中心探測(cè)器好似一個(gè)超級(jí)大的西瓜，浸泡在44米深的水池當(dāng)中，正睜大“眼睛”尋找中微子的蹤跡。水池頂部，則是面積約1000平方米的宇宙射線徑跡探測(cè)器。
至于為何要建在地下？答案是過(guò)濾“噪音”。
王貽芳告訴記者，地面上有很強(qiáng)的宇宙射線，會(huì)干擾對(duì)中微子的探測(cè)。700米山體和巖層就相當(dāng)于過(guò)濾器，可將宇宙射線的強(qiáng)度大幅降低，讓研究者得到純凈的中微子信號(hào)。
江門中微子實(shí)驗(yàn)是世界上首個(gè)運(yùn)行的超大規(guī)模、超高精度中微子專用大科學(xué)裝置。當(dāng)然，這個(gè)“大”，也意味著前所未有的技術(shù)挑戰(zhàn)。
“之前國(guó)際上類似的實(shí)驗(yàn)只有我們的1/20，甚至1/50，不可能沿用過(guò)去小裝置的方法，必須發(fā)明全新的技術(shù)?！蓖踬O芳說(shuō)。
在王貽芳身上，綜合著堅(jiān)毅果斷與嚴(yán)謹(jǐn)理性，面對(duì)一個(gè)接一個(gè)的難關(guān)，總是堅(jiān)持而不妥協(xié)地克服。
他常說(shuō)，“我們做科學(xué)研究的人，一輩子做的事都是第一次，不可能有別人替你做出來(lái)，只能靠自己。”
憑借一股拼勁，王貽芳帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制出新型光電倍增管及其水下防爆系統(tǒng)；研發(fā)出高潔凈度、高密封、高效率的液閃純化系統(tǒng)；完成直徑41.1米的不銹鋼網(wǎng)架等關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)、研制及安裝；制造出直徑達(dá)35.4米的有機(jī)玻璃球……創(chuàng)下多個(gè)“世界之最”。
江門中微子實(shí)驗(yàn)裝置，從今年8月26日開(kāi)始運(yùn)行，取數(shù)。王貽芳來(lái)實(shí)驗(yàn)室的頻次，也由建設(shè)時(shí)期的每月一次，變?yōu)椴欢〞r(shí)來(lái)一次。可這里，依舊是他放不下的牽掛。
“這個(gè)裝置設(shè)計(jì)壽命是30年，除非關(guān)門，或者被拆掉，否則我一直都會(huì)為它操心，直到我閉眼那天?！蓖踬O芳說(shuō)。
3
捕捉看不見(jiàn)的粒子，
究竟為了什么？
建成世界最大的中微子探測(cè)器，僅僅是開(kāi)始，真正的挑戰(zhàn)在于，如何從海量的干擾信號(hào)中，捕捉到那些看不見(jiàn)的粒子。
“裝置主要捕捉來(lái)自臺(tái)山和陽(yáng)江核電站產(chǎn)生的中微子，每天能探測(cè)到50個(gè)左右的中微子。”王貽芳語(yǔ)氣平緩，然而，這個(gè)數(shù)字背后卻是每秒1000個(gè)事例、每天數(shù)千萬(wàn)數(shù)據(jù)中的精準(zhǔn)篩選。
中微子，從1930年起就吸引著全球科學(xué)家的目光，一代代研究者前赴后繼?，F(xiàn)在，江門中微子實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)開(kāi)始大量產(chǎn)生并在合作組內(nèi)共享，一場(chǎng)揭開(kāi)中微子奧秘的國(guó)際競(jìng)賽，已經(jīng)悄然開(kāi)啟。
“誰(shuí)能贏，取決于誰(shuí)先做出來(lái)探測(cè)器。當(dāng)然，科學(xué)上很大程度上也有運(yùn)氣在里面?！蓖踬O芳說(shuō)。
預(yù)計(jì)未來(lái)三五年，他們的研究會(huì)有比較好的成果，“如果運(yùn)氣好的話，能碰上一次超新星爆發(fā)。雖然銀河系每百年才有一次超新星爆發(fā)，人類已有300多年未見(jiàn)，未來(lái)30年再看到一次的可能性，不能說(shuō)是0，應(yīng)該說(shuō)還不小。”
從醞釀籌建到運(yùn)行取數(shù)，王貽芳陪伴這個(gè)項(xiàng)目走了17年。當(dāng)被問(wèn)及是否有過(guò)動(dòng)搖，甚至被質(zhì)疑時(shí)，他說(shuō)，“中國(guó)有領(lǐng)先的科學(xué)裝置最重要，我們不能缺席基礎(chǔ)科學(xué)研究的最前沿?！?/p>
與年輕時(shí)，在歐洲核子研究中心參與既定課題不同，王貽芳在中國(guó)實(shí)現(xiàn)了自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的夢(mèng)想?！爸挥凶霆?dú)一無(wú)二的裝置，才能體現(xiàn)不可替代的貢獻(xiàn)?！痹谒磥?lái)，中國(guó)占世界五分之一的人口和經(jīng)濟(jì)總量，理應(yīng)對(duì)科學(xué)作出相應(yīng)比例的貢獻(xiàn)。
這么多年了，經(jīng)常有人問(wèn)王貽芳，你們做中微子研究，有什么用？向大家解釋這份“重要”之外，王貽芳的思考則更為深遠(yuǎn)。
“中國(guó)有四大發(fā)明，知道怎么制作火藥，但根本不知道背后的化學(xué)規(guī)律，沒(méi)有發(fā)展出相應(yīng)的科學(xué)體系?！彼J(rèn)為，從歷史來(lái)看，因?yàn)椴恢匾暬A(chǔ)科學(xué)，中國(guó)吃過(guò)太多虧。
站在微觀與宏觀世界的交匯處，王貽芳這樣定義科學(xué)工作的意義：無(wú)論是經(jīng)濟(jì)，還是技術(shù)，最終都依賴科學(xué)，科學(xué)一定要先行一步。他希望通過(guò)幾代人的努力，趕上我們過(guò)去落后的階段，在人類文明發(fā)展史上留下中國(guó)人的貢獻(xiàn)。
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