未来已来·湾有引力——走进在建的江门中微子实验装置
2023-07-24 15:18
来源: 南方都市报
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未来已来·湾有引力——走进在建的江门中微子实验装置

“此时此刻,光是你的指甲盖大小的面积就已经有千万亿个中微子穿透了。”

中微子是构成物质世界的12种基本粒子之一,有大量谜团尚未解开。中国科学院高能物理研究所高级工程师物理学博士武建华说道,如果把中微子像激光一样聚在一起,能量足够高的话,可以定向地穿过核弹,使核弹失效,“就有点像《三体》里面的一些现象。”7月22日,由广东省委网信办联合广东省大湾区办主办的“未来已来·湾有引力”网络主题采风活动走进江门,深入地底探宇宙奥秘,看国之重器背后的支撑力量。

工期十年

实验装置地下建筑系国内最大地下硐室

江门开平,人杰地灵之处,沿着斜井轨道,如水晶球般的探测器正静卧于地底700米处,这里就是能捕获“幽灵粒子”的国之重器藏身地—江门中微子实验室。

中微子无处不在,以接近光速运动,很难与物质发生反应,因此非常难被捕获,被称为“幽灵粒子”。江门中微子实验室正建造一个有效质量为2万吨的球形液体闪烁体探测器,外形如同巨大的玻璃球般,玻璃球的外侧正在安装光电倍增管(PMT),将用于捕获“幽灵粒子”穿过时发出的光,建成后将是世界上探测效率最高的中微子探测器。

值得留意的是,近日,兵器工业集团有两个产品入选100件新时代见证物名单,其中就包括了光电倍增管。

“在我们研发出来之前,世界上只有日本滨松能做,当时我们要采购2万个,他们要价很高,我们根本承担不起。” 2013年,江门中微子实验室刚立项,刚毕业的武建华就应聘到了该项目中。面对远超预算的采购价,高能所联合了国内的几家研究单位和企业共同研发,最终研发成功,打断了日本滨松的国际垄断,2万支中有1.5万支是用的国产PMT,目前,这些国产自研的光电倍增管正一个个被安装在探测器上。

“听说日本那边新的实验计划采购我国的光电倍增管,我们准备返销了。”武建华说到,“基础物理研究本身没什么经济效益,但在做基础物理研究的过程中会发展出很多新的技术。”

“做这种大科学装置其实是很困难的,一个项目生命周期一般都要10年,或者更长的时间,我第一次来到这里的时候,地面还是一片皇帝柑的果园。实验室建设后,每天只能捕获五六十个中微子事例,一些物理目标的研究可能需要五六年时间才能积累足够的数据量。”物理学出身的武建华参与江门中微子实验以来,“在江门待的最长时间一年有300多天。”

“一开始选址的时候看了很多地方,根据物理学家的计算,距离反应堆50-55公里的范围内是最适合中微子质量顺序测量研究的,最后圈在江门开平是因为这里距阳江和台山核电站的距离是53公里,并且这个山下面有方圆两公里的比较完整的花岗岩,具备我们在地下挖洞建实验室的条件。“现在我们所处的地下实验大厅是国内最大跨度的地下硐室。”

目前,江门中微子实验室探测器建设已大约完成一半,明年四月之前完成全部探测器的安装并开始灌装液体,预计明年年底前开始运行。

从选址到现在即将建成,历时十年,“等到真正的有成果出来,被同行、被国际认可说中国有这么一个中微子实验,那我就感到挺自豪的。”武建华说。

湾区新时代

接力大亚湾中微子实验室

十年聚变,沉睡在国内最大地下硐室的国之重器即将唤醒,科研硕果正加速孕育中,湾区新时代到来。

江门中微子实验室就是接力大亚湾中微子实验室,位于深圳的大亚湾中微子实验室,在2012年成功发现了中微子的第三种震荡模式,这是中国诞生的一项重大物理成果,被称为中微子物理的一个里程碑。

中微子在宇宙演化、太阳及超新星中微子的产生与传播、各种长基线中微子振荡等方面有重要影响,是研究天体和地球内部的探针,将在检验超新星爆发机制、验证地球物理模型、研究太阳物理等方面发挥关键作用。

“如果它携带的能量足够大的话,破坏力还是很强的。”据武建华介绍,理论上,如果能像激光一样产生中微子的束流,能量足够高的话,可以定向地穿过核弹,使核弹不良爆发或者失效,“就有点像《三体》里面的一些现象。”

在《三体》中的其中一位主人公就是研究粒子物理,研究粒子物理一个途径是观测宇宙射线。中微子研究是粒子物理、天体物理、宇宙学、地球科学等学科的交叉。

“中微子未来的一个应用方向是用于通讯,因为它是直线传播的,如果把带有信息编码的中微子朝着一个方向去发射、去接收,然后把它给破译出来,信息就会获取到了,会大大提高通讯效率。”武建华介绍到。

采写:南都、N视频记者 李芷琪 董淑云

摄影:南都、N视频记者 伊凯文 陈杰豪

[编辑:林媛媛]