當(dāng)人類凝視宇宙的深邃，總渴望借助一束光穿透未知。大科學(xué)裝置正是這樣一束光——它照亮微觀粒子的精妙舞蹈，解碼生命起源的原始密碼，甚至讓轉(zhuǎn)瞬即逝的量子躍遷凝固成可供研究的“標(biāo)本”。 此次，我們重磅推出《大國之“光”——中國大科學(xué)裝置巡禮系列報道》，以“光”為線索，走進(jìn)這些中國大科學(xué)裝置的殿堂，聚焦激光與光源領(lǐng)域的核心設(shè)施，開啟一場跨越時空的“追光之旅”—— 從每秒振蕩萬億次的飛秒激光，到能穿透物質(zhì)骨骼的同步輻射光源，從捕捉“幽靈粒子”的地下迷宮，到再現(xiàn)太陽核心能量的超強(qiáng)激光裝置…… 在這里，我們將以全景視角展現(xiàn)這些科學(xué)利器的非凡魅力，揭秘這些“超級工具”如何解碼微觀世界、探索宇宙奧秘、賦能人類生活。 從南海之濱到燕山腳下，從地下實驗室到深空觀測站，中國大科學(xué)裝置集群正編織著一張立體的創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)。 據(jù)透露，目前，中國已建成運(yùn)行57個大科學(xué)裝置，在材料、能源、生命科學(xué)等領(lǐng)域構(gòu)筑起立體化創(chuàng)新矩陣。這些被稱為“國之重器”的超級工具，不僅是衡量國家科技實力的標(biāo)尺，更是人類探索自然奧秘的階梯。 當(dāng)我們凝視這些照亮未知領(lǐng)域的“中國之光”，看到的不僅是科技實力的具象刻度，更是一個文明古國在創(chuàng)新長跑中重新定義領(lǐng)跑姿態(tài)的“精神光譜”。今日推出《大國之“光”——中國大科學(xué)裝置巡禮系列報道》之八江門中微子實驗： 地下700米的“超級眼睛” 2025年8月26日，廣東江門地下700米深處，一座直徑41.1米的不銹鋼網(wǎng)殼托起巨型有機(jī)玻璃球，4.5萬只光電倍增管“亮瞎眼”——江門中微子實驗（JUNO）正式運(yùn)行取數(shù)。 這座耗時12年、總投資超30億元的大科學(xué)裝置，以“超級眼睛”姿態(tài)捕捉宇宙中最神秘的“幽靈粒子”中微子，標(biāo)志著我國在粒子物理領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的跨越。 中微子被稱為“宇宙信使”，其質(zhì)量排序測定是粒子物理未來十年核心問題。JUNO通過探測53公里外臺山、陽江核電站產(chǎn)生的中微子，以超高精度測量能譜，靈敏度超越國際同類實驗。實驗核心裝置包括2萬噸液體閃爍體探測器、自主研發(fā)的20英寸光電倍增管陣列，以及全球首創(chuàng)的41.1米直徑不銹鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。 “這是人類首次建成如此規(guī)模的專用中微子探測器?！盝UNO合作組發(fā)言人王貽芳院士表示，實驗將推動中微子振蕩參數(shù)精度提升10倍，并為尋找質(zhì)子衰變、暗物質(zhì)等前沿課題提供平臺。 地下迷宮中的“黃金瞳” 在江門開平市金雞鎮(zhèn)打石山地下700米，一座直徑41.1米的不銹鋼網(wǎng)殼撐起人類探測中微子的“超級眼睛”。這座深埋花崗巖中的實驗大廳，藏著全球有效質(zhì)量最大的2萬噸液體閃爍體探測器——相當(dāng)于10個標(biāo)準(zhǔn)游泳池的容量。 探測器核心是一個35.4米直徑的有機(jī)玻璃球，周身密布4.5萬只光電倍增管，其中2萬只20英寸“黃金瞳”可捕捉比手機(jī)屏幕亮度低百億分之一的閃爍光。 為抵御地下巖層壓力，科學(xué)家采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)鋼罐，590根支撐桿將誤差控制在1毫米內(nèi)，創(chuàng)下“全球最大跨度地下洞室（49.5米）”紀(jì)錄。 “這里就像一座精密的地下鐘表廠?！笨偣こ處燅R驍妍比喻道。從2015年隧道開挖到2024年探測器安裝，建設(shè)團(tuán)隊攻克了超純水灌注、有機(jī)玻璃球合縫等10余項世界級難題，最終讓這個“地下迷宮”具備每年捕捉2000億個中微子的能力。 從“追光”到“造光” 在JUNO的“武器庫”中，最耀眼的當(dāng)屬自主研發(fā)的20英寸光電倍增管。此前，該技術(shù)被日本壟斷，單只價格高達(dá)2萬元。中科院高能物理所聯(lián)合企業(yè)歷時11年攻關(guān)，最終將探測效率提升至30%，成本降低60%，并獲歐盟專利授權(quán)。 另一項突破是液體閃爍體的純化技術(shù)。實驗要求2萬噸液閃的放射性本底低于0.008克，相當(dāng)于在游泳池中撈出一粒鹽。科研團(tuán)隊通過蒸餾、過濾等工藝，將光衰減長度提升至20米，創(chuàng)世界紀(jì)錄。意大利專家Marco Beretta感慨：“中國團(tuán)隊把‘不可能’變成了‘標(biāo)準(zhǔn)’?！?/p> 更令人驚嘆的是鋼結(jié)構(gòu)精度：直徑41米的網(wǎng)殼由2.8萬根鋼管組成，螺栓孔公差僅1毫米?！斑@相當(dāng)于在足球場大小的空間里，用樂高積木搭建埃菲爾鐵塔。”一位項目負(fù)責(zé)人這樣比喻。 中微子研究如何重塑人類認(rèn)知？ 中微子作為構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子，其質(zhì)量排序之謎困擾科學(xué)界半個世紀(jì)。JUNO通過測量反應(yīng)堆中微子能譜，可將質(zhì)量順序測定精度提升至99%，為“標(biāo)準(zhǔn)模型”補(bǔ)上關(guān)鍵拼圖。 更深遠(yuǎn)的意義在于探索宇宙起源。中微子可穿透1000億個太陽厚度的物質(zhì)，攜帶著138億年前大爆炸的信息。JUNO將聯(lián)合“中國天眼”等裝置，構(gòu)建多信使天文學(xué)網(wǎng)絡(luò)，有望首次觀測到超新星爆發(fā)中的中微子暴。 “這就像給宇宙做CT掃描?！蓖踬O芳院士打了個比方。實驗還可能揭示中微子是否為自身反粒子（馬約拉納粒子），若證實，將顛覆粒子物理理論框架，甚至為暗物質(zhì)探測提供新路徑。 打造國際基礎(chǔ)科學(xué)創(chuàng)新策源地 江門中微子實驗的設(shè)計使用壽命長達(dá)30年，后期可升級改造為世界最靈敏的無中微子雙貝塔衰變實驗，用于探測中微子絕對質(zhì)量，檢驗中微子是否為馬約拉納粒子。 這一研究將深刻影響粒子物理、天體物理和宇宙學(xué)的前沿交叉研究。如果中微子確實是馬約拉納粒子，即反粒子就是自身，將有助于解釋宇宙中物質(zhì)-反物質(zhì)不對稱性問題。 而且，大科學(xué)裝置也是人才培養(yǎng)的搖籃。從大亞灣中微子實驗到江門中微子實驗，一批年輕科研人員已成長為項目骨干?？偣こ處燅R驍妍、本底控制負(fù)責(zé)人趙潔等青年科學(xué)家，在項目建設(shè)過程中實現(xiàn)了技術(shù)與人才的雙重積淀。 國際合作是項目的另一大亮點(diǎn)。JUNO合作組涵蓋來自17個國家和地區(qū)、74個科研機(jī)構(gòu)的近700名研究人員，體現(xiàn)了中國主導(dǎo)的國際大科學(xué)合作的成熟與成功。 當(dāng)4.5萬只“黃金瞳”持續(xù)凝視宇宙，人類對物質(zhì)本質(zhì)的認(rèn)知，或?qū)⒂瓉硇碌摹肮饽辍薄?/p>
來源：激光制造網(wǎng) 編輯：十一郎
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