江門中微子實驗首項成果 捕捉「幽靈粒子」精度創新高
運行僅兩個月 指標超預期 聚焦前沿研究
11月19日，中國科學院高能物理研究所在廣東省江門市宣布，江門中微子實驗（JUNO）裝置建設成功並發布首個物理成果。經過JUNO國際合作組十餘年的設計和建設，JUNO成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在運行期間首批獲取的數據顯示，其探測器關鍵性能指標全面達到或超越設計預期，僅2個月的實驗數據達到的測量精度即超過國際其他實驗十到二十年的積累，這表明JUNO已準備好開展中微子物理前沿研究。
●香港文匯報記者 劉凝哲 廣東報道
中微子，常被人們稱為「幽靈粒子」或「宇宙隱形人」，是一種極其微小、不帶電、質量甚至比電子還輕上百萬倍的基本粒子。它們幾乎不與普通物質發生相互作用，卻無處不在——每秒都有數以萬億計的中微子以接近光速穿透你的身體，而你毫無察覺。這些粒子誕生於宇宙大爆炸的最初瞬間，攜帶着關於宇宙起源與演化的珍貴密碼。儘管難以捕捉，科學家發現了「中微子振盪」這一現象，這是間接證明中微子具有非零質量的證據，是目前最清晰、最被普遍接受的標準模型之外新物理實驗證據。
測量精度助尋新物理
在發布會上，中國科學院高能物理研究所副所長、JUNO合作組物理分析負責人溫良劍報告了JUNO的首個物理成果。通過對今年8月26日至11月2日共59天有效數據的分析，JUNO合作組測量了「太陽中微子振盪參數」，比此前其他實驗的最好精度提高了1.5到1.8倍。這兩個振盪參數最初是通過太陽中微子所測定，但也可以通過反應堆中微子精確測定。此前這兩種方法對質量平方差的測量結果有大約1.5倍標準偏差的不一致，被稱為「太陽中微子偏差」，暗示着可能有新物理。此次江門中微子實驗通過反應堆中微子證實了這個偏差。未來，僅由JUNO實驗就能通過同時測量太陽中微子和反應堆中微子來證實或證偽該偏差。相關論文已於11月18日提交期刊並在預印本網站arXiv發布。
「JUNO關於中微子的研究，任何新的認識和了解，都將會出現在未來標準的物理學教科書當中」，江門中微子實驗項目經理和發言人王貽芳在接受香港文匯報記者採訪時表示，江門中微子實驗能夠在僅2個月的時間內完成如此高精度的測量，表明JUNO探測器的性能完全符合設計預期。其前所未有的測量精度使我們可以很快確定中微子質量順序，檢驗3種中微子振盪的框架，尋找超出此框架的新物理。
憑借其超高探測靈敏度，JUNO除了聚焦中微子質量順序這一核心目標，還將精確測量中微子振盪參數，開展對太陽、超新星、大氣及地球中微子的研究，並尋找超出粒子物理標準模型的新物理。JUNO的設計使用壽命為30年，可升級改造為世界最靈敏的無中微子雙貝塔衰變實驗，以檢驗中微子是否為自身的反粒子，並探測中微子的絕對質量。
江門中微子實驗，位於廣東省江門開平市金雞鎮打石山下700米深處，距離台山和陽江核電站各53公里。陽江核電站共6個反應堆，台山核電站共2個反應堆，均已投入商業運行。對中微子研究而言，反應堆熱功率越大，釋放的中微子數目就越多，實驗精度就越高。陽江與台山核電站反應堆群有效的總熱功率為世界第一。因此，JUNO被認為是「世界上目前發現的最適合利用核反應堆測量中微子質量順序的地方」。
中國科學院高能物理研究所於2008年提出JUNO構想，2013年得到中國科學院戰略性先導科技專項（A類）及廣東省人民政府的支持，2014年得到國際合作組多個國家的批准和經費支持，2015年啟動隧道和地下實驗室建設。2021年12月完成實驗室建設並開始探測器安裝，2024年12月探測器完成建設並開始灌注超純水與液體閃爍體。2025年8月26日完成液體閃爍體灌注並正式運行取數。為了實現中微子研究的夢想，JUNO研發團隊歷經多年攻關，在高探測效率光電倍增管、超高透明度液體閃爍體、超低本底材料和精密刻度系統等核心領域實現重大突破。
