2024年10月10日，江門中微子實驗建設進入收官階段，工人在安裝中心探測器上的光電倍增管。 新華社發

江門中微子實驗中心探測器有機玻璃球。

在江門中微子實驗中心探測器有機玻璃球頂部拍攝的光電倍增管。

11月19日，位于廣東的江門中微子實驗(JUNO)發布首個物理成果，測出中微子振蕩的2個關鍵參數，測量精度較此前國際最好水平提升1.5至1.8倍。這是目前最高的精度，也是驚人的速度：JUNO僅用2個月時間，就超越了國外同類實驗10年至20年的成果積累。

中微子被稱為“幽靈粒子”，是宇宙中最輕且最難以捕捉的粒子之一。江門中微子實驗是為探測這些“幽靈粒子”而建設的大科學裝置，于2025年8月26日正式運行取數。

經過JUNO國際合作組十余年的設計和建設，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，表明JUNO已準備好開展中微子物理前沿研究。該探測器性能分析文章已提交《中國物理C》，并于11月18日在預印本網站arXiv上發布。

　　實現前所未有的測量精度

在成果發布會現場，中國科學院院士、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種中微子振蕩的框架，尋找超出此框架的新物理。”

中微子是構成物質世界的基本粒子之一，其質量起源與重大宇宙學問題密切相關，被視為探索新物理規律的關鍵“門戶”。但中微子很特別，它會像變魔術一樣，會在不同類型之間轉換，這被稱為中微子振蕩。而想要描述振蕩現象，需要搞清楚6個參數。

從8月26日JUNO正式運行取數至11月2日，科研人員分析了59天中的有效數據，成功把6個參數中的2個——混合角θ12和質量平方差的精度大幅刷新，比此前實驗的最好精度提高了1.5到1.8倍。

JUNO是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，是人類觀測中微子的“超級眼睛”。

此次測量的兩個關鍵振蕩參數，最初通過太陽中微子測定，但也可以通過反應堆中微子精確測定。此前這兩種方法在質量平方差的測量結果上存在約1.5倍標準的“太陽中微子偏差”，暗示可能存在未被人類掌握的新物理規律。

本次JUNO通過反應堆中微子證實了這一偏差的存在。未來，JUNO有望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，引導科學家掌握其中的奧秘。

　　將持續產生重要物理成果

江門中微子實驗的核心探測器位于地下700米，是一個有效質量達2萬噸的液體閃爍體探測器，坐落于一個44米深的水池中央。其主體結構為直徑41.1米的不銹鋼網殼，承載著包括直徑35.4米的有機玻璃球、2萬噸液體閃爍體、4.5萬只光電倍增管等在內的眾多關鍵部件，共同構成超高靈敏度的中微子探測系統。

運行期間首批獲取的數據顯示，JUNO探測器的關鍵性能指標已全面達到或超越設計預期。

憑借超高探測靈敏度，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蕩參數，開展對太陽、超新星、大氣及地球中微子的研究，并尋找超出粒子物理標準模型的新物理規律。

值得關注的是，它的設計使用壽命為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，并探測中微子的絕對質量。

中國科學院高能物理研究所所長、江門中微子實驗副發言人曹俊表示，未來幾十年里，江門中微子實驗將持續產生重要物理成果并培養新一代物理學家。

未來幾年主導中微子物理學領域

從2008年的構想萌芽，到2025年的正式運行，JUNO的建設走過了十余年的不凡征程。

項目于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準和經費支持；2015年啟動隧道和地下實驗室建設；2021年12月完成實驗室建設并開始探測器安裝；一年后，探測器完成建設并開始灌注超純水與液體閃爍體；今年8月，完成液體閃爍體灌注并正式運行取數。

如今的JUNO，已準備好開展中微子物理前沿研究。

發布會上，中國科學院副院長、黨組成員丁赤飚表示，這是一項匯聚了全球智慧的大型基礎科學研究國際合作項目，充分展現了我國在國際合作方面開放、合作、共贏的理念。

作為由中國科學院高能物理研究所領導的重大國際合作項目，JUNO匯聚了來自17個國家和地區、75個科研機構的700多名研究人員。“作為JUNO機構委員會主席，看到這一全球努力達到這樣的里程碑，我感到非常自豪。”來自法國斯特拉斯堡大學和法國國家科學研究中心的馬科斯·德拉科斯(Marcos Dracos)表示，JUNO的成功反映了整個國際團隊的投入和創造力。

“今天宣布的科學成果見證了JUNO合作組過去十多年努力的成功。我們共同建造了一個最先進的探測器，結合了許多尖端技術，這將在未來幾年主導中微子物理學領域，提供精確度極高的結果。”JUNO副發言人、意大利米蘭大學及意大利國家核物理研究院的研究員吉爾切諾·拉努奇(Gioacchino Ranucci)說。

丁赤飚希望，未來，項目團隊確保JUNO高效平穩運行的同時，提升運行效能，與全球科學家緊密協作，不斷產出具有重大科學意義和國際影響力的原創性科技成果。

“未來幾十年里，江門中微子實驗將持續產生重要物理成果并培養新一代物理學家。”中國科學院高能物理研究所所長、江門中微子實驗副發言人曹俊表示。

　　釋疑

　　搜尋宇宙背景信號 追溯萬物的開端

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？

　　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。”中國科學院院士、江門中微子實驗項目經理和發言人王貽芳說，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規律。”曹俊說。

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。”

　　探測器如何精準捕捉并探測中微子？

王貽芳介紹，江門中微子實驗的探測器核心是裝在巨型有機玻璃球里的2萬噸液體閃爍體，這個玻璃球是目前全球最大的有機玻璃容器，讓液體閃爍體的體積比國際現有最大規模增大了20倍。“這讓探測器就像一只靈敏度拉滿的‘大眼’，能精準捕捉并探測中微子。”

目前，中微子有大量謎團尚未解開。從日本超級神岡探測器、美國深部地下中微子實驗，到加拿大薩德伯里中微子觀測站，全球頂尖科研裝置紛紛“亮劍”，雖技術路徑不同，但目標一致——以中微子為探針，撬開人類未知的大門。

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規律。

JUNO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規律。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。　　

整合：黃亞嵐

采寫：南都記者 嚴亮 通訊員 中國科學院高能物理研究所

綜合：新華社 南方+ 科技日報 新華社供圖