探測精度提高1.8倍 江門中微子實驗2個月成績超他國20年

中國科學院高能物理研究所19日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「幽靈粒子」──中微子實驗裝置，比此前其他實驗的最好精度提高了1.5到1.8倍。

大公報報導，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，僅兩個月的實驗數據達到的測量精度即超過國際其他實驗10到20年的積累，這表明JUNO已準備好開展中微子物理前沿研究。

據報導，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。

盡管難以捕捉，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。測量中微子振盪，是目前探測中微子質量最靈敏的方法。

報導稱，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」，暗示著可能有新物理。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，都會將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表示，江門中微子實驗能夠在僅兩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，檢驗三種中微子振盪的框架，尋找超出此框架的新物理。

報導指出，憑藉其超高探測靈敏度，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。

小檔案／宇宙最古老粒子

作為構成物質世界的基本粒子之一，中微子不僅是宇宙中最古老、數量最多的物質粒子，還因質量極輕、運動速度接近光速且幾乎不與任何物質發生反應而極具神秘色彩，而被稱為「幽靈粒子」。通過大科學裝置認識、研究中微子，對於粒子物理、天體物理、宇宙學等基礎科學領域具有重要意義。