最新动态

  • Home
  • 广东巨型水晶球实验将引领中微子研究潮流

广东巨型水晶球实验将引领中微子研究潮流

2026-11-06 2054

在中国广东省开平市金鸡镇,工程师们成功地将一座700米深的花岗岩山体掏空,建造出一颗高达12层楼的巨型水晶球。这个水晶球内部灌入了2万吨特制药液,整个项目投资超过20亿元,代表了中科院高能物理研究所牵头的江门中微子实验的核心探测器已完成主体结构,正式进入数据采集阶段。与之相比,日本的神冈探测器要到2027年才能投入使用,而美国的费米实验室深地下中微子实验更是拖延至2030年代。随着这颗水晶球的启用,未来几年的诺贝尔奖竞争中,美日只能追随中国的步伐。

中微子被称为“隐形幽灵”,体积比电子小一百万倍,不带电并且几乎不与物质发生作用。过去几十年里,美日通过地下矿井中的大型水缸进行捕捉,获得了四项诺贝尔物理学奖,但对于三种中微子的质量排序问题始终没有解决。王贻芳团队在2012年于大亚湾取得进展后,决定在距离阳江台山核电站53公里的金鸡镇地下700米处,建造全球最大、最灵敏的液体闪烁体探测器。

这一计划在国际会议上引发质疑,因为此前全球同类项目的最大纪录由日本的KamLAND保持,直径仅为13米,装有1000吨液体。而江门项目的中心有机玻璃球直径为35.4米,体积足足扩大了20倍,且其壁厚仅为12厘米,相比之下薄如鸡蛋壳,若内外压力失衡,水晶球将面临破裂的风险。为了克服这一技术挑战,江苏泰州的汤臣新材料与中科院专家共同努力了六年,成功设计出263块弧形有机玻璃板,通过高温精密热弯,确保每块板表面无气泡。

水晶球的成功仅仅是一个开始,40,000个光电倍增管将是真正的关键所在。为了捕捉光子,必须在水晶球四周的网架上安装大量光电倍增管,而在项目立项时,全球只有日本滨松公司能制造大型管子,且其价格极高且效率不够。2011年底,王贻芳团队找到北方夜视公司,凭借其军用微光夜视仪的经验,成功研发出全新型的微通道板光电倍增管。经过几年的研发,首批国产大管子问世,其捕光效率超过30%,大幅提升了项目的性价比。

此外,挖掘实验大厅的过程本身也极具挑战性,团队在挖掘1266米长的斜井和近50米的地下大厅时,遭遇了突发的地下暗河,涌水量一度达到每天上万吨。尽管面临艰难困苦,工人们最终成功创造了全球最大的地下人工实验室。

有人可能会问,花费如此巨资进行看不见的中微子研究有什么意义?事实上,这十年所积累的技术成熟与工艺改良已在各领域得到应用,比如高灵敏度的光电倍增管已被应用于国产PET-CT设备,汤臣的新型浇筑技术还为海外海洋馆和耐压视窗项目赢得了订单。过去一百年里,物理领域的主导权一直被欧美和日本掌控,而随着江门项目的成功,中国在这一领域的主导地位正在显现。

发表评论