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文|波克编辑|波克

你知道吗，就在咱们脚底下700米深的地方，中国人悄悄搞了个大动作——往一个巨型玻璃球里灌了整整2万吨神秘液体。这事儿一传出去，把老外们都给整懵了。

他们搞不明白，中国人费这么大劲，挖这么深的坑，还倒进去这么多液体，到底想干啥？

2024年的夏天，当中国宣布江门中微子实验装置完成最后一步液体灌注时，国外的物理学家们集体沉默了。

他们实在没想到，这个十几年前还在物理学基础研究领域默默无闻的东方大国，竟然一声不响地造出了全球最大、最精密的粒子探测器。

这个消息在国际物理学会议上引起的轰动程度，不亚于当年中国第一颗原子弹爆炸。美国费米实验室的一位资深科学家直言不讳地说，他们花了几十年也没能达到这样的规模和精度。

日本的超级神冈探测器团队更是感慨，原本他们在这个领域保持了二十多年的技术垄断，现在中国人不光追上来了，还把标准提高到了一个让人望尘莫及的高度。

欧洲核子研究中心的专家们开始重新评估中国在基础科学领域的实力。他们发现，这不是中国第一次在粒子物理领域出手了。

早在2012年，大亚湾中微子实验就测出了一个关键参数，拿下了当年的国际物理学大奖。现在江门这个项目，规模是大亚湾的20倍，精度提升了近10倍。

让西方科学界更加震惊的是中国的建设速度。从2015年开工到2024年完工，短短9年时间就完成了这样一个超级工程。

要知道，美国计划中的类似项目光是前期论证就要花十年，更别提建设了。中国人用实际行动证明，基础科学研究不再是西方的专利。

说起来你可能不信，科学家们要研究的这种粒子，每秒钟有几万亿个穿过你的身体，你却一点感觉都没有。这种叫中微子的粒子，小到什么程度呢？它能轻轻松松穿透整个地球，就像地球不存在一样。科学家给它起了个外号叫"幽灵粒子"。

要想抓住这种"幽灵"，地面上根本不行。宇宙射线、各种辐射、城市的电磁干扰，这些噪音太多了，就像你想在闹市区听清楚一根针掉地上的声音一样困难。只有躲到地底深处，让厚厚的岩层帮你挡住这些干扰，才有可能捕捉到中微子留下的蛛丝马迹。

广东江门这个地方被选中也有讲究。科学家们前前后后考察了好几年，发现这里的地质条件特别合适，花岗岩结构稳定，没有地下水渗透的问题。

最妙的是，这里刚好离台山核电站和阳江核电站都是53公里。这个距离不是随便定的，是经过精密计算得出的最佳观测点。

核电站在发电的时候会产生大量中微子，53公里的距离刚好能让中微子发生最明显的变化，就像找到了观察它们的最佳角度。

挖这个地下实验室可不容易。工人们从2015年开始，整整挖了6年，搬出去35万立方米的石头。这些石头要是堆起来，能堆成一座小山。

地下700米的深度，温度高，湿度大，工人们每天都要在这种环境下作业。最难的是要保证挖出来的空间够大够稳定，不能有一点塌陷的风险。

很多人以为这2万吨液体就是水，其实差远了。这是一种特制的化学溶液，学名叫液体闪烁体。它的主要成分是一种叫线性烷基苯的有机化合物，再加上特殊的荧光剂和波长位移剂调配而成。

这种液体有个神奇的本领——当中微子撞进来的时候，会发出极其微弱的闪光。

配制这种液体比调制鸡尾酒难多了。每一种成分的纯度都要达到99.99%以上，任何一点杂质都会影响探测效果。

光是提纯这些原料，就花了两年多时间。科研人员设计了四道净化程序，像给液体做美容一样，一遍遍地过滤、蒸馏、清洗。

灌注过程更是精细活。2万吨液体要装进一个直径35.4米的巨型玻璃球里。这个玻璃球可不是普通玻璃，是用263块特制的有机玻璃板拼接而成的，每块板材都有几厘米厚，总重量达到600吨。拼接的时候，误差不能超过0.5毫米，比头发丝还细。

灌液体的时候不能太快也不能太慢。太快了会产生气泡和湍流，影响液体的透明度；太慢了整个工期又拖不起。

科研团队花了半年时间，一点一点地把液体注进去，每天监测液位变化，确保误差控制在厘米级别。在灌注之前，他们先往外围的水池里灌了6万吨超纯水，这些水的纯度比医用注射水还要高100倍。

光有液体还不够，还得有"眼睛"来观察。科学家在玻璃球外面安装了4万5千多个光电倍增管，其中2万个是20英寸的大号管子，还有2万5千个是3英寸的小管子。这些管子就像超级敏感的电子眼，能捕捉到单个光子——也就是最小的光粒子。

这些光电倍增管的技术原本被日本垄断了几十年，中国买一个要花好几万块钱。江门项目需要这么多管子，要是全部进口，光这一项就要花掉十几亿。

中国的科研团队硬是自己攻克了技术难关，不光实现了国产化，性能还超过了进口产品。现在每个管子的成本降到了原来的三分之一。

安装这些"电子眼"是个技术活。每个管子都要精确定位，角度、距离都有严格要求。工人们要穿着特制的防尘服，在无尘环境下作业。一个管子装歪了，就可能影响整个系统的精度。整个安装过程持续了8个月，每天都有上百名技术人员在现场忙碌。

这些电子眼连接着复杂的数据处理系统。每当有中微子撞击液体产生闪光，信号会在纳秒级别被捕捉、放大、记录。整个系统每天产生的数据量达到几个TB，相当于几千部高清电影的大小。为了处理这些数据，项目组专门建了一个超级计算中心。

江门中微子实验不是中国人自己玩的游戏。从一开始，这就是个国际合作项目。17个国家和地区的74个研究机构都参与进来了，总共有近700名科学家在这个项目上工作。

2013年项目刚立项的时候，很多外国科学家还在观望。他们不太相信中国能搞定这么复杂的工程。直到2018年，当他们看到地下实验室的建设进度，看到中国自主研发的光电倍增管性能数据，态度开始转变了。美国、俄罗斯、法国的顶尖物理学家纷纷加入进来。

这个项目的首席科学家王贻芳院士，在国际物理学界很有名气。他领导的大亚湾实验已经证明了中国团队的实力。现在江门项目的规模更大，目标更宏伟——要解决中微子质量排序这个困扰物理学界几十年的难题。

中微子有三种类型，就像三兄弟，科学家知道它们的质量不一样，但不知道谁最重谁最轻。这个问题看起来简单，实际上关系到我们对整个宇宙的理解。物质是怎么形成的？反物质都去哪了？宇宙为什么会是现在这个样子？这些终极问题的答案，都藏在中微子的秘密里。

江门实验装置的精度是现有任何探测器的3到4倍。按照设计，它每天能探测到大约60个中微子事件，一年下来就是两万多个。

这些数据积累30年，足够科学家们把中微子的秘密研究透彻。项目组已经和全球主要的物理研究机构签订了数据共享协议，所有参与方都能获得第一手的实验数据。

结语

地下700米的这个"大家伙"已经开始工作了，它将在未来30年里持续运转，为人类探索宇宙奥秘提供宝贵数据。

中国用实际行动告诉世界，基础科学研究这条路，咱们不光要走，还要走在最前面。当年我们造原子弹是为了不被欺负，今天我们搞中微子研究，是要为全人类的科学进步做贡献。

信息来源：中国科学院高能物理研究所江门中微子实验项目组技术报告（2024年4月）《物理评论快报》江门中微子实验专题论文（2024年第3期）国际粒子物理学会2024年年会会议纪要广东省科技厅重大科技基础设施建设进展报告（2024年8月）王贻芳院士在第28届国际中微子物理会议上的主题报告（2024年6月）