诞生多个“世界之最”“大脑”探测器正在安装

中国科学院院士、中科院高能物理所所长王贻芳及其团队主持大亚湾中微子实验，发现中微子第三种振荡模式，使我国的中微子实验研究从无到有并走到了世界前列。

在接棒的那一刻起，更为先进、规模更大的江门中微子实验站将肩负起更大使命：捕获“幽灵粒子”中微子，测量其质量顺序，进而探索宇宙起源奥秘，续写我国中微子研究的辉煌。

当下，江门中微子实验站实验室大厅已完工，进入“大脑”探测器安装的关键阶段。

在地下700多米的花岗岩中，开挖巨大洞室和水池，容纳一个13层楼高的玻璃球，来自球内的一次次闪烁，将成为揭开最神秘粒子中微子“身世”的“密码”。

挖出已知的世界最大实验洞室

来到竖井口，进入矿用升降机罐笼，在黑暗中，垂直下行600米，经过约5分钟，来到竖井平段，进入了这座地下大型“密室”。“实验大厅之所以深藏地下，主要是在探测器‘俘获’中微子过程中，尽可能屏蔽宇宙射线、高能粒子的干扰。”武建华介绍。

洞内灯光明亮，道路宽敞，可通行一般工程车辆。每个工段都有工人在热火朝天地施工。顶部的排气管道从洞口一直向内延伸，但在洞内走久了，略显闷热，还能听到路两边排水沟内的水流声。用手试下水温，大约在30摄氏度左右。

据介绍，洞室内地下水水量大。在打通隧道和开挖大厅时，碰上涌水，一度致使土建工程延期。为确保实验大厅安全，解决地下水渗漏问题首当其冲。武建华介绍，洞室内已建造了一套排水系统，确保将地下水及时收集、安全排出。

深入洞内，交通支洞纵横交错，各实验厅错落分布。沿竖井平段一路前行约300米，经过液闪纯化厅和电子学间后可以看到大厅入口，豁然开朗，进入实验大厅的顶部。

可以看到，交通支洞等隧道洞室、实验大厅等地下工程施工已基本完成，目前进入了探测器安装的关键阶段。

不锈钢网壳精度达毫米级

坑洞底部的工人正在紧张施工，用大型不锈钢构件拼装一个巨大的球形网壳，它将把探测器核心部件有机玻璃球包裹其中。完工后，大水池会注满约4万吨的纯净水，将有机玻璃球浸泡其中，网壳会将有机玻璃球牢牢固定在水中。

网壳拼装完工后，直径会达41米，重达800多吨。网壳除了支撑有机玻璃球，还会承载前端电子学、电缆、防磁线圈、隔光板等诸多关键部件，所以对不锈钢网壳的结构制造精度要求很高。另外，水池注满水后，由于有机玻璃球内部的液体闪烁体（简称“液闪”）与外部的水有密度差，网壳还要长期承载3000吨的浮力。因而，不锈钢网壳的精度、承重设计制造至关重要。

现场安装经理何伟介绍，建成后的不锈钢网壳将是国内最大的单体不锈钢主结构，通过12万套高强不锈钢铆钉拼接而成。“不锈钢网壳网格安装精度要求在3毫米之内，等于13层楼高的建筑体，精度要达到毫米级，这个精度在国内钢结构行业里是非常高的。”何伟说。

据介绍，自2013年立项以来，项目组与设计、生产企业协同攻关，攻克诸多工艺技术难题，解决了大型复杂结构焊接变形问题，通过特殊工装和工法完成了所有构件在工厂的高精度预拼装；同时针对该项目的特殊需求开发了高强不锈钢短尾环槽铆钉摩擦型连接技术。这些技术授权多项发明专利，不仅实现了不锈钢结构高强连接，同时也克服了不锈钢螺栓连接常见的抗咬合问题，该技术下连接预紧力一致性显著提高，防松性能更好，安装也更加快速有效。其中不锈钢短尾环槽铆钉技术由中国机械通用零部件工业 进行了鉴定，首次用于钢结构领域，并据此发布了相关标准，填补了国内空白。

“为了确保不锈钢网壳安全快速拼接，我们已在场外模拟拼装了多次。”现场一位施工人员介绍说。

“接下来，施工工人将继续有序安装不锈钢网壳，拼装成球体。等网壳安装完毕，再安装有机玻璃球。球体共分23层，通过专门研制的升降平台从上至下逐层拼装聚合，这个过程从温度控制到每一步工艺细节要求都很严格，不能有一分一毫的漏洞。”何伟介绍说。

据介绍，探测器计划明年全部安装完毕，并于当年底开始运行。

诞生多个“世界之最”

宇宙到处都是中微子，每秒钟就有数万亿个来自太阳的中微子穿过每个人的身体。中微子很难跟其他物质反应，穿行宇宙如入无物之境。

那么，面对“幽灵粒子”，新的“接棒者”江门中微子实验在捕获中微子上有何独到之处呢？

王贻芳院士曾介绍，江门中微子实验与大亚湾中微子实验虽然都是研究中微子，但具体科学目标完全不同。大亚湾中微子实验的科学目标是利用核反应堆产生的中微子来测定中微子第三种振荡模式，而江门中微子实验是要实现对中微子质量顺序和中微子振荡参数的精确测量。因而，江门中微子实验对探测器的精度提出更高要求。

首先，江门中微子实验选址时，科学家作了多方严密论证。物理灵敏度分析表明，允许的实验站范围在距核反应堆50至55公里，宽为200米的区域内。通过详细的地质勘测，算是天作之合，江门中微子实验站所在地距广东阳江和台山反应堆群约53公里，且地质条件也符合相关要求。“阳江与台山核电站有效的反应堆群功率为世界第一。反应堆的功率越大，释放的中微子数目越多，实验的精度就越高。因此，江门中微子实验站是世界上目前发现的最适合利用核反应堆测量中微子质量顺序的地方。”中科院高能物理研究所研究员、开平中微子研究中心主任李小男表示。

其次，科学家们对中微子实验“大脑”探测器进行了完美的设计。

现代的中微子实验都会用巨量的靶物质作为陷阱，提高捕获中微子的几率。有机玻璃球内将会灌入2万吨的液闪作为靶物质。

对比下，大亚湾中微子实验用到的液闪靶质量只有20吨，这跟江门中微子实验差了1000倍。而精心调配的液体也是世界上最透明的液闪。直径35.4米的玻璃体也是世界最大的有机玻璃容器液体闪烁体。这些设计大大提升了探测器的敏感度。

当液闪“俘获”中微子时，会产生闪烁光，接下来需要另外一个重要器件将微弱的光转化为电信号，然后传输至后台进行数据分析。

这一重要器件就是光电倍增管。

待有机玻璃球拼装完毕后，其内外壁会布满2万只20英寸、2.5万只3英寸的光电倍增管。像4万多只灵敏的眼睛“捕捉”稍纵即逝的闪烁光。

王贻芳曾向媒体透露，江门中微子实验站设计寿命30年，运行过程中，还将会进行一次升级改造，使它除了能够实现既定的科学目标外，还能够测量中微子双β衰变过程。

“通过对这个过程的测量，我们希望把中微子的绝对质量定下来，或者做一个最好的质量限制。在测量中微子的绝对质量的双β衰变方面，江门中微子实验站将是世界最灵敏的一个实验站。”王贻芳说，它的建成，会使中国的中微子实验研究走在世界最前列。

中微子

中微子是一种基本粒子，不带电，个头小，与其他物质的相互作用十分微弱，号称宇宙间的“隐形人”。

科学界从预言中微子的存在到发现它，用了20多年的时间。普通人从未见到过这种神秘粒子的“真身”，其实它每时每刻都在我们身边。它可以轻易穿透任何物质，也会穿过每个人的身体。当然，我们毫发无损，因为它太小了！

由于中微子与其他物质的相互作用极其微弱，所以检测中微子非常困难。正因如此，在所有的基本粒子中，人们对中微子了解最晚，也最少。实际上，大多数粒子的物理和核物理过程都伴随着中微子的产生，如核反应堆发电（核裂变）、太阳发光（核聚变）、天然性放射、超新星爆发、宇宙射线等等。

中微子与其他物质的作用如此微弱，那么研究中微子是不是毫无用处呢？答案并非如此！比如，关于中微子的研究，使中微子天文学成为目前非常前沿和热门的研究领域。就拿天文学家的“武功秘籍”——宇宙微波背景辐射来说，它其实就是宇宙大爆炸的余热。在宇宙大爆炸之后38万年的时候，才开始在宇宙中传播。也就是说，通过宇宙微波背景辐射，人类可以知道宇宙大爆炸38万年之后的历史，但前38万年的历史，我们是没办法知道的，这可以通过观测中微子来实现。

中微子的观测能够让我们更加了解微观时间的物理现象，同时帮助我们完善天文学中恒星、黑洞的相关模型，还能帮助我们掌握更多有关宇宙起源和演化的信息。