三大“剑客”解密中微子

轻如尘、快似光，能够轻易穿越各种物体，还能时不时“变身”——中微子无疑是基本粒子世界里的“隐世高手”；此外，它们或许还隐藏着有关宇宙大爆炸的绝世秘密。正因如此，任何关于它们的线索都可谓价值连城。迄今，人类研究中微子已经超过半个世纪，但对其性质至今仍然没有详细的了解，甚至连它的确切质量也不清楚。为此，科学家们新建了一些实验装置，希望“掀起它的盖头来”。打头阵的将是位于广东的正在建设的江门中微子实验装置，它是中国前所未有的最复杂的高能物理实验装置，与目前最好的国际同类装置相比，它的规模大20倍，精度提高近1倍。据曹俊介绍，江门中微子实验装置于2015年开始建设，计划2021年年底完成探测器建造。该装置包括位于地下700米的洞室、大型水池、一个装满2万吨液体和光电倍增管的中微子探测器以及少量配套设施，会发出闪光的液体是探测中微子的介质。当大量中微子穿过探测器时，偶尔会在探测器内发生反应，发出极其微弱的闪光，从而被光电倍增管捕捉到。曹俊表示：“江门中微子实验旨在测定中微子质量顺序、精确测量中微子混合参数，同时也将研究大气中微子、太阳中微子、超新星中微子及地球中微子等。测定中微子质量顺序，不仅有助于理解微观的粒子物理规律，也将对宇宙学、天体物理学、地球物理学做出重大贡献。”据报道，设在美国的“深部地下中微子实验”由两部分组成，一部分位于费米实验室，包括一个巨大的中微子枪，其会將质子加速到接近光速，使其粉碎，在终端每秒射出数万亿个中微子。这些中微子将从费米实验室出发，沿直线前进，直到它们撞上第二部分——约1300公里外、位于地下深处约1600米的桑福德地下研究设施，此处的探测器里约装有4万吨液态氩。据悉，DUNE能够更好地描述中微子振荡的特性，还能探测到银河系和邻近星系中超新星释放的中微子等。DUNE设施被认为是美国未来几十年的“旗舰实验室”，来自多个国家的专家将对实验室获得的数据进行分析，进一步了解中微子的“性格”。

日本文部科学省于近日确定了在岐阜县飞驒市建设下一代中微子探测器——“顶级神冈”探测器的计划，这一探测器是日本现有“超级神冈”探测器的后继设施。“超级神冈”位于一座山下1000米深处，其光传感器浸没于5万吨纯水中。1998年，“超级神冈”提供了首个确凿证据，证明中微子和反中微子可以在3种类型之间振荡，项目负责人梶田隆章因此荣膺2015年诺贝尔物理学奖。而“顶级神冈”探测器将建于地下约650米处，主体设施为直径74米、高约60米的圆柱状水槽，规模是“超级神冈”的5倍以上。水池壁上设置约4万个传感器，捕捉太空飞来的中微子在水中发生反应后发出的微弱闪光。“顶级神冈”将在2025年左右开始寻找自然界（比如核聚变和超新星）产生的中微子。由于设施巨大、传感器性能高，“顶级神冈”不仅在探测超新星方面更高效，也有望揭示为什么宇宙主要由物质而非反物质构成。理论学家称，理解这一点的关键是测量中微子和反中微子之间的不对称性，特别是两者在不同类型之间振荡的速度差异。“超级神冈”已看到相关线索，“顶级神冈”应能进行更精确地测量。希望即将上岗的这三大“剑客”能让中微子的“身世秘密”大白于天下。或许在此过程中，会涌现多个诺贝尔奖获得者，谁知道呢？