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中心探测器:“捕捉”中微子的神秘“抓手”(上)

江门台 2025年08月20日

中微子,作为构成物质世界的基本粒子之一,由于质量极小、不带电荷、与物质的相互作用极弱等特性,无法用常规手段进行观察,那么我们要通过什么样的科学装置才能“抓住”它,并进行科学研究呢?今天《探秘江门中微子》将为你解密这个“捕捉”中微子的“抓手”——中心探测器。

中国科学院高能物理研究所研究员衡月昆说:“一般高能物理实验的探测器都是买不来的,都是要自己做的。实验的研发过程都是基于一定的物理目标,然后做设计、原型设计,然后验证,然后再进行工程和深化设计,最后再制造、安装、调试、验收、测试。”

江门中微子实验的中心探测器是如何“抓住”中微子的呢?举例来说:反应堆产生的中微子在穿过液体闪烁体时,会有极小概率与其中的质子发生反应,并产生微弱的闪烁光,闪烁光通过光电倍增管放大1000万倍变成电信号,电信号再通过波形数字化变成数字信号,传到计算机后通过网络传到北京和欧洲,供物理学家分析。为了研制这个“捕捉”中微子的“抓手”,摆在科研团队面前的是三大技术挑战:制造世界最大的有机玻璃容器、探测效率世界最高的光电倍增管和世界最透明的液体闪烁体。

中国科学院高能物理研究所研究员衡月昆说:“(江门中微子实验)要求有2万吨的液闪作为探测中微子的靶物质,除以0.855(克/立方厘米)的密度,大概就需要一个容积为23000立方米的容器来装液体闪烁体,如果是放在一个球形容器里面,那它的直径要35.4米。”

台湾大学物理系荣誉教授熊怡说:“有机玻璃球是中心探测器里面最重要的那一部分,那它又不能够漏(液)对不对,过去没有人做过(这么大的)。”

如果将这个有机玻璃球等比例缩小到鸡蛋大小,它的厚度比鸡蛋壳还要薄。为了确保这个“巨蛋”未来三十年的安全性,它的制作和安装工艺必须精益求精。

中国科学院高能物理研究所研究员衡月昆说:“2023年的7月到2024年的1月,进入了我们最困难的时期。我们有机玻璃球已经建到赤道以下的位置,但是我们在顶上的缺陷还没有修好。从赤道以下这个位置到顶上的缺陷高度,有20多米。如果再继续建的话,那上面就基本上就没法再修了。”

由于制作有机玻璃球的材料和工艺的特殊性,导致维修的过程非常缓慢。施工进度几乎陷入停滞状态。

中国科学院高能物理研究所研究员衡月昆说:“比如说注料,我们一次就注几个毫米,不到1厘米,一天我就注一次料,说白了就是拿时间磨,它就不会再裂,工艺的细节,包括比如说边角的地方,要给它打磨得处理得特别圆滑等,(安装有机玻璃球)我们一共花了两年多的时间。”

一块块有机玻璃板的小心拼接,一条条缝隙的细心修补,凝聚的不仅仅是科研施工团队无数的智慧和汗水,还有无数次失落与无奈背后的坚守和执着。