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江门中微子实验 探测精度世界领先

2025-11-20 05:02:45大公报 作者:刘凝哲
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  图:11月19日,江门中微子实验(JUNO)装置发布了其测量出的描述中微子振荡的两个参数。图为建设中的江门中微子实验中心探测器。\新华社

  11月19日,中国科学院高能物理研究所在广东省江门市宣布,江门中微子实验(JUNO)装置建设成功并发布首个物理成果。经过JUNO国际合作组十馀年的设计和建设,JUNO成为国际上首个建成的新一代超大规模、超高精度的“幽灵粒子”──中微子实验装置。发布会上,中国科学院高能物理研究所副所长、JUNO合作组物理分析负责人温良剑报告,通过对今年8月26日至11月2日共59天有效数据的分析,JUNO合作组测量了“太阳中微子振荡参数”,比此前其他实验的最好精度提高了1.5到1.8倍。

  JUNO在运行期间首批获取的数据显示,其探测器关键性能指标全面达到或超越设计预期,仅2个月的实验数据达到的测量精度即超过国际其他实验10到20年的积累,这表明JUNO已准备好开展中微子物理前沿研究。

  中微子,常被人们称为“幽灵粒子”或“宇宙隐形人”,是一种极其微小、不带电、质量甚至比电子还轻上百万倍的基本粒子。它们几乎不与普通物质发生相互作用,却无处不在。每秒都有数以万亿计的中微子以接近光速穿透你的身体,而你毫无察觉。这些粒子诞生于宇宙大爆炸的最初瞬间,携带着关于宇宙起源与演化的珍贵密码。

  尽管难以捕捉,科学家发现了“中微子振荡”这一现象,这是间接证明中微子具有非零质量的证据。测量中微子振荡,是目前探测中微子质量最灵敏的方法。

  在发布会上,中国科学院高能物理研究所副所长、JUNO合作组物理分析负责人温良剑报告了JUNO的首个物理成果。通过对今年8月26日至11月2日共59天有效数据的分析,JUNO合作组测量了“太阳中微子振荡参数”,比此前其他实验的最好精度提高了1.5到1.8倍。

  探测器性能完全符合设计预期

  这两个振荡参数最初是通过太阳中微子所测定,但也可以通过反应堆中微子精确测定。此前这两种方法对质量平方差的测量结果有大约1.5倍标准偏差的不一致,被称为“太阳中微子偏差”,暗示着可能有新物理。此次江门中微子实验通过反应堆中微子证实了这个偏差。未来,仅由JUNO实验就能通过同时测量太阳中微子和反应堆中微子来证实或证伪该偏差。相关论文已于11月18日提交期刊并在预印本网站arXiv发布。

  “JUNO关于中微子的研究,任何新的认识和了解,都会将出现在未来标准的物理学教科书当中”,江门中微子实验项目经理和发言人王贻芳在接受大公报记者采访时表示,江门中微子实验能够在仅2个月的时间内完成如此高精度的测量,表明JUNO探测器的性能完全符合设计预期。其前所未有的测量精度使我们可以很快确定中微子质量顺序,检验3种中微子振荡的框架,寻找超出此框架的新物理。

  将开展对大气及地球中微子研究

  凭借其超高探测灵敏度,JUNO除了聚焦中微子质量顺序这一核心目标,还将精确测量中微子振荡参数,开展对太阳、超新星、大气及地球中微子的研究,并寻找超出粒子物理标准模型的新物理。JUNO的设计使用寿命为30年,可升级改造为世界最灵敏的无中微子双贝塔衰变实验,以检验中微子是否为自身的反粒子,并探测中微子的绝对质量。

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