消息:中國(guó)建造超大玻璃球求解“幽靈粒子”之謎
JUNO探測(cè)器示意圖。(中科院高能所供圖)
在一個(gè)12層樓高的玻璃球里注入透明液體,中國(guó)科學(xué)家打算造一個(gè)全世界最大的“水晶球”來(lái)捕捉宇宙中的“幽靈粒子”——中微子
他們將把一個(gè)直徑達(dá)35.4米的有機(jī)玻璃球安裝在廣東省江門(mén)市西南部的打石山中
“我們一直在不停地抽排地下水?div id="jfovm50" class="index-wrap">,F(xiàn)在,水位已明顯降低
江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)(JUNO)于2015年1月開(kāi)工建設(shè)
這是中國(guó)最復(fù)雜的高能物理實(shí)驗(yàn)裝置,預(yù)計(jì)2022年建成
JUNO規(guī)劃圖。(中科院高能所供圖)
“幽靈粒子”
中微子是組成自然界的一種基本粒子
,在宇宙中廣泛存在。大多數(shù)粒子物理和核物理過(guò)程都伴隨著中微子的產(chǎn)生,例如太陽(yáng)發(fā)光、超新星爆發(fā)、宇宙射線、核反應(yīng)堆發(fā)電等中微子也是目前最神秘的粒子之一
正因?yàn)橹形⒆硬粫?huì)像光子、電子一樣
它們可以直接穿過(guò)劇烈“燃燒”的恒星內(nèi)部而不被吞噬
上世紀(jì)50年代,科學(xué)家首次觀測(cè)到中微子的存在
在這個(gè)領(lǐng)域,中國(guó)是后來(lái)者
但是,中微子仍有太多未解之謎
JUNO地理位置
超級(jí)玻璃球
探測(cè)中微子,一種辦法是通過(guò)液體閃爍體探測(cè)器來(lái)捕捉它們產(chǎn)生的信號(hào)
科研人員在有機(jī)玻璃球里注入透明的特制液體——液體閃爍體(簡(jiǎn)稱(chēng)“液閃”)
為了提高探測(cè)靈敏度
但是,較長(zhǎng)的距離也會(huì)造成中微子流的“稀釋”
“探測(cè)器越大,捕捉到的信號(hào)就越多
根據(jù)設(shè)計(jì)方案
,JUNO會(huì)由265塊有機(jī)玻璃板現(xiàn)場(chǎng)組裝而成,并被鋼架固定在一個(gè)裝有約4萬(wàn)噸純凈水的大池中。這么大的玻璃球
,給工程建設(shè)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組先后請(qǐng)來(lái)幾個(gè)知名力學(xué)團(tuán)隊(duì)幫忙設(shè)計(jì)“經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明無(wú)誤后,我們才把這套算法用來(lái)設(shè)計(jì)大的探測(cè)器
為確保12層樓高大球的設(shè)計(jì)安全無(wú)誤
“捕獲”微光
僅僅把探測(cè)器造很大
液閃主體為烷基苯,是洗衣粉的原材料
在注入玻璃球前
“這可以說(shuō)是世界上最透明的液體
,多么微弱的光都可以透過(guò)。”曹俊說(shuō)。穿過(guò)液閃的光子
,隨即會(huì)被密布在球外的2萬(wàn)個(gè)20英寸光電倍增管和2萬(wàn)5千個(gè)3英寸光電倍增管“捕獲”。這些光電倍增管就像一只只凸起的眼睛,可以看到任何信號(hào)微瀾。科研人員正在測(cè)試光電倍增管性能。(中科院高能所供圖)
20英寸光電倍增管制造難度很大
,其中15000個(gè)由國(guó)內(nèi)研發(fā)生產(chǎn)。“最初,JUNO打算全部從國(guó)外采購(gòu),但當(dāng)時(shí)只有日本一家公司生產(chǎn),光這一項(xiàng)就要花費(fèi)整個(gè)項(xiàng)目40%的經(jīng)費(fèi),而且信號(hào)收集效率也達(dá)不到要求。于是,我們決定自主研發(fā)。”JUNO光電器件性能標(biāo)定實(shí)驗(yàn)室的朱瑤回憶說(shuō)。從2009年成立至今
,朱瑤所在的實(shí)驗(yàn)室?jiàn)^斗了10年,鉆研出一套和國(guó)外產(chǎn)品完全不同的技術(shù)方案。“光子進(jìn)入光電倍增管
未來(lái)
,這些被放大的光電信號(hào)或許可以幫助科學(xué)家解開(kāi)一個(gè)重要的謎題——中微子的質(zhì)量順序,即三種中微子哪個(gè)最重。“中微子的質(zhì)量順序是自然界的基本參數(shù)之一
,影響宇宙的演化進(jìn)程。知道了質(zhì)量順序,可以為其他研究鋪路。”曹俊說(shuō),“理論家一直試圖建立統(tǒng)轄宇宙萬(wàn)物的大統(tǒng)一理論,質(zhì)量順序是檢驗(yàn)這些理論是否正確的鑰匙。”責(zé)任編輯:孫知兵
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