中微子“三剑客” 追寻粒子世界的“隐世高手”

轻如尘、快似光，能够轻易穿过各种物体，还能时不时“变身”，中微子无疑是基本粒子世界里的“隐世高手”。此外，它们或许还隐藏着有关宇宙大爆炸的绝世秘密。正因如此，任何关于它们的线索都可谓是价值连城。

江门中微子实验装置

迄今，人类研究中微子已经超过半个世纪，但对其性质至今仍然没有详细的了解，甚至连其确切的质量也不清楚。为此，科学家们新建了一些实验装置，希望能“掀起它的盖头来”。

中微子探测器需要一个极干净的环境：需要放在很深的地下，用岩石阻挡宇宙射线;需要泡在水中，用水来阻挡来自岩石、空气等的天然放射性。位于广东的正在建设的江门中微子实验装置是中国前所未有的最复杂的高能物理实验装置，与目前最好的国际同类装置相比，它的规模大20倍，精度提高近一倍。

江门中微子实验装置于2015年开始建设，计划在2021年底完成探測器建造。该装置包括位于地下700米的洞室、大型水池、一个装满2万吨液体和光电倍增管的中微子探测器，以及少量配套设施。会发出闪光的液体是探测中微子的介质，当大量中微子穿过探测器时，偶尔会在探测器内发生反应，发出极其微弱的闪光，从而被光电倍增管捕捉到。

江门中微子实验旨在测定中微子质量顺序、精确测量中微子混合参数，同时也将研究大气中微子、太阳中微子、超新星中微子、地球中微子等。测定中微子质量顺序不仅有助于理解微观的粒子物理规律，也将对宇宙学、天体物理学、地球物理学作出重大贡献。

深部地下中微子实验

设在美国的深部地下中微子实验由两部分组成，一部分位于费米实验室，包括一个巨大的中微子枪，会将质子加速到接近光速，使其粉碎，在终端每秒射出数万亿个中微子。这些中微子将从费米实验室出发，沿直线前进，直到它们撞上第二部分——位于地下深处约一千六百米的桑福德地下研究设施，此处的探测器里装有约四万吨液态氩。

据悉，深部地下中微子实验能够更好地描述中微子振荡的特性，还能探测到银河系和邻近星系中超新星释放的中微子等。计划于2026年“上岗”的深部地下中微子实验设施被认为是美国未来几十年的“旗舰实验室”，来自多个国家的专家将对其获得的数据进行分析，进一步了解中微子的“性格”。

“顶级神冈”探测器

日前，日本文部科学省建设的探测中微子的下一代“顶级神冈”探测器，是日本现有“超级神冈”探测器的后继设施。

“超级神冈”位于一座山下1000米深处，其光传感器浸没于5万吨纯水中。1998年，“超级神冈”提供了首个确凿证据，证明中微子和反中微子可以在3种类型之间振荡，项目负责人梶田隆章因此荣膺2015年诺贝尔物理学奖。而“顶级神冈”探测器将建于地下约650米处，主体设施为直径74米、高约60米的圆柱状水槽，规模是“超级神冈”的5倍以上。水池壁上设置约4万个传感器，捕捉太空飞来的中微子在水中发生反应后发出的微弱闪光。

“顶级神冈”将在2025年左右开始寻找自然界核聚变和超新星产生的中微子，由于设施巨大、传感器性能高，不仅在探测超新星方面更高效，也有望揭示为什么宇宙主要由物质而非反物质构成。

即将上岗的这三大中微子实验“剑客”有望为人们揭开宇宙中最难以捉摸的幽灵粒子的“神秘面纱”。而在此过程中，又会涌现多少个诺贝尔奖获得者呢？