江門中微子實驗看透“幽靈粒子”

從地面入口乘上纜車，沿斜井隧道緩緩下行，伴隨鼓風機的持續轟鳴，約15分鐘后，記者抵達一個寬敞明亮的地下空間。這里位于地下700米深處，正是江門中微子實驗（JUNO）所在地。

11月19日，中國科學院高能物理研究所在此舉辦新聞發布會，宣布JUNO裝置建設成功并發布首個物理成果。利用JUNO投入運行后59天獲取的數據，JUNO合作組成功測量了兩個關鍵的“太陽中微子振蕩參數”，并將測量精度提升至此前最好結果的1.5到1.8倍。

作為國際上首個建成的新一代超大規模、超高精度的中微子實驗裝置，JUNO主要解決哪些科學問題？研究中微子對普通人有什么意義？為什么要不遺余力地提高中微子振蕩參數的測量精度？針對以上問題，科技日報記者采訪了相關專家。

第一問：中微子有隱身特性，研究它能揭示哪些奧秘？

中微子是一種“幽靈粒子”，能輕易穿透地球和人體，卻幾乎不留痕跡。“中微子的這種幾乎不與物質作用的‘隱身’特性，使它成為完美的宇宙信使，攜帶著關于宇宙誕生與演化的古老信息。”JUNO合作組發言人、中國科學院高能物理研究所王貽芳院士說，JUNO就是一個研究中微子的專用大科學裝置。

“中微子可以分為三種：電子中微子、繆中微子和陶中微子。JUNO的核心目標是確定這三種中微子的質量順序，也就是搞清楚它們當中究竟哪個最重、哪個最輕。”中國科學院高能物理研究所所長曹俊說，這是當前中微子物理最根本的科學問題之一。

JUNO還將精確測量中微子振蕩參數，并對太陽中微子、地球中微子、超新星中微子、大氣中微子、質子衰變等進行交叉研究。

“通過這些研究，JUNO將揭示天體和行星的內部奧秘，并搜尋宇宙背景信號。我們也相信，這些研究將極大推動我們對中微子的理解，并有望發現突破當前理論框架的新物理。”曹俊說。

第二問：追溯萬物的開端，對我們普通人有什么意義？

“中微子與我們的最直接聯系，可以追溯到萬物的開端。它決定了我們能否存在。”王貽芳說。

在宇宙大爆炸后的極早期，空間中曾遍布著微小的“密度漲落”，它們是未來所有星系、恒星乃至生命的原始“種子”。但如果中微子完全沒有質量，它就會以光速飛馳，從而將這些珍貴的初始“種子”全部抹平。

王貽芳解釋，正是因為有一點點微小的質量，中微子才得以減緩速度，允許宇宙早期的“密度漲落”被保留并放大，最終引力才能成功地凝聚出星系、銀河系、太陽、地球以及人類。

“我們研究中微子，本質上是一種對自然規律的純粹探索。它短期內可能確實沒有直接的用處，但從長遠來看，其價值是無法預料的。就像電剛被發現時，人們也不知道它將來能用來做什么。”曹俊說，“這正是基礎研究的意義：我們先去理解世界，而改變世界的種子，往往就埋藏在這份理解之中。”

第三問：聚焦振蕩參數測量，為什么要不遺余力提高精度？

我們目前測量的中微子振蕩參數，是自然界的基本常數。這些參數的精確數值，對許多前沿研究來說，至關重要。

“比如，物理學中一個未解之謎：中微子是否是自身的反粒子？這個問題的答案，直接關系到我們為何能存在于這個宇宙之中。”曹俊說，對這個問題的最終判斷，依賴于我們對中微子基本參數的精確了解。如果這些基本參數測不準，科學界可能就需要耗費十年甚至更長時間，投入巨大資源去設計多個新實驗來反復驗證。

曹俊認為，如果對這些參數的測量足夠精確，許多原本模糊的物理圖像會變得非常清晰，我們也能夠借此檢驗是否存在超出標準物理模型的新物理。

JUNO剛剛發布的首個成果，正是這一精確測量理念的生動體現。該成果顯著提高了“太陽中微子振蕩參數”的測量精度。該參數可以通過兩種方法測量：一種是利用太陽發出的中微子，另一種是利用核反應堆產生的中微子。但這兩種方法此前對中微子振蕩參數之一的質量平方差的測量結果，有大約1.5倍標準偏差的不一致。

“這種不一致，可能是源于實驗誤差，但也可能暗示存在新物理。我們進行高精度測量，能夠以更高的準確度澄清這一差異，解決測量不一致問題。”王貽芳解釋。

（科技日報記者 陸成寬 攝）

科技日報記者 陸成寬 何沛蓯