乘坐纜車沿著斜井隧道緩緩下降,伴隨鼓風機持續的轟鳴聲,約一刻鐘后,一個寬敞明亮的地下空間出現在眼前。這里位于地下700米深處,是江門中微子實驗(JUNO)的所在地。近日,中國科學院高能物理研究所在此舉行新聞發布會,宣布JUNO裝置已成功建成,并公布了其首個物理研究成果。基于該裝置運行59天所獲取的數據,研究團隊成功測定了兩個關鍵的“太陽中微子振蕩參數”,測量精度較此前最佳結果提升了1.5至1.8倍。
作為全球首個建成的新一代超大規模、超高精度中微子實驗裝置,JUNO肩負著探索宇宙奧秘的重要使命。中微子被稱為“幽靈粒子”,因其幾乎不與物質發生相互作用,能夠輕松穿透地球和人體,成為傳遞宇宙信息的理想載體。JUNO合作組發言人、中國科學院高能物理研究所王貽芳院士表示,該裝置的核心目標之一是確定電子中微子、繆中微子和陶中微子這三種中微子的質量順序,即明確它們中誰最重、誰最輕。這一問題是當前中微子物理領域最根本的科學問題之一。
除了質量順序研究,JUNO還將精確測定中微子振蕩參數,并開展太陽中微子、地球中微子、超新星中微子、大氣中微子以及質子衰變等多方面的交叉研究。中國科學院高能物理研究所所長曹俊指出,這些研究有助于深入理解天體和行星的內部結構,同時搜尋宇宙背景信號。通過這些探索,研究團隊期望能夠推動對中微子性質的認知,甚至發現超越現有理論框架的新物理現象。
中微子與人類的存在有著深遠聯系。王貽芳解釋,在宇宙大爆炸后的極早期,空間中存在著微小的“密度漲落”,這些漲落是未來星系、恒星乃至生命形成的原始“種子”。如果中微子完全沒有質量,它將以光速運動,從而抹平這些珍貴的初始漲落。正是因為中微子具有微小的質量,其速度得以減緩,使得宇宙早期的密度漲落得以保留并放大,最終引力成功凝聚出星系、銀河系、太陽、地球以及人類。曹俊補充道,研究中微子本質上是對自然規律的純粹探索,雖然短期內可能沒有直接應用,但從長遠來看,其價值不可估量。就像電的發現初期,人們無法預知其未來用途一樣,基礎研究的價值往往隱藏在對世界的理解之中。
提高中微子振蕩參數的測量精度具有重要意義。這些參數是自然界的基本常數,其精確數值對許多前沿研究至關重要。曹俊舉例說明,物理學中一個未解之謎是中微子是否是自身的反粒子,這一問題的答案直接關系到人類為何能夠存在于宇宙中。要解答這一問題,必須精確了解中微子的基本參數。如果參數測量不準確,科學界可能需要耗費大量時間和資源設計多個新實驗進行反復驗證。曹俊認為,精確測量這些參數能夠使許多模糊的物理圖像變得清晰,并為檢驗是否存在超出標準物理模型的新物理提供依據。
JUNO發布的首個成果正是精確測量理念的體現。該成果顯著提高了“太陽中微子振蕩參數”的測量精度。此前,利用太陽發出的中微子和核反應堆產生的中微子兩種方法測量的質量平方差結果存在約1.5倍標準偏差的不一致。王貽芳解釋,這種不一致可能源于實驗誤差,但也可能暗示存在新物理。通過高精度測量,研究團隊能夠以更高的準確度澄清這一差異,解決測量結果不一致的問題。











