11月19日，“科学家在地下700米捉鬼”的词条，冲上热搜。

但这个“鬼”，不是你想的那个鬼，而是被称为“幽灵粒子”的中微子。

每一秒，在你指甲盖那么大小的面积，大概有600亿个太阳中微子浩浩荡荡地通过。

它们像无形的“幽灵”般，穿透我们的身体，穿过厚实的地层，几乎不与任何物质发生作用。而捕捉这些转瞬即逝的宇宙信使，解读它们携带的微观密码，是人类基础物理前沿最激动人心的挑战之一。

暗示新物理的存在？

11月19日，中国科学院高能物理研究所举办发布会并宣布，位于我国广东江门的大科学装置江门中微子实验（JUNO）装置建设成功并发布了首个物理成果。利用JUNO投入运行后59天（今年8月26日至11月2日）获取的数据，JUNO合作组成功测量了两个关键的“太阳中微子振荡参数”，并将测量精度提升至此前最好结果的1.5倍到1.8倍。

中微子振荡参数的拟合结果 图片来源：中科院高能物理研究所

首次发布的物理成果表明JUNO完全达到了实验设计目标。这两个振荡参数最初是通过太阳中微子所测定，但也可以通过反应堆中微子精确测定。此前，这两种方法对质量平方差的测量结果有约1.5倍标准偏差的不一致，被称为“太阳中微子偏差”。

江门中微子实验这次通过反应堆中微子证实了这个偏差，预计两年后JUNO可测得太阳中微子这个参数，与江门同时测得反应堆中微子结果对比，从而确定这个偏差是否真实存在。如果确认这个偏差，将强烈暗示新物理的存在。

“幽灵粒子”是个啥？

“中微子的这种几乎不与物质作用的‘隐身’特性，使它成为完美的宇宙信使，携带着关于宇宙诞生与演化的古老信息。”JUNO合作组发言人、中国科学院高能物理研究所王贻芳院士说，JUNO就是一个研究中微子的专用大科学装置。

“中微子可以分为三种：电子中微子、缪中微子和陶中微子。JUNO的核心目标，是确定这三种中微子的质量顺序，也就是搞清楚它们当中究竟哪个最重、哪个最轻。”中国科学院高能物理研究所所长曹俊说，这是当前中微子物理最根本的科学问题之一。

中微子是构成物质世界的基本粒子之一，也是宇宙中最古老、数量最多的粒子。它从宇宙大爆炸起就弥散在宇宙中，所以，理解中微子，也就是理解宇宙的历史。

因为“雁过不留痕”的中微子难以直接观测，科学家们只能通过“振荡”这一特性对其进行“捕捉”。

捕捉看不见的粒子究竟为了什么

“中微子与我们的最直接联系，可以追溯到万物的开端。它决定了我们能否存在。”王贻芳说。

在宇宙大爆炸后的极早期，空间中曾遍布着微小的“密度涨落”，它们是未来所有星系、恒星乃至生命的原始“种子”。但如果中微子完全没有质量，它就会以光速飞驰，从而将这些珍贵的初始“种子”全部抹平。

王贻芳解释，正是因为有一点点微小的质量，中微子才得以减缓速度，允许宇宙早期的“密度涨落”被保留并放大，最终引力才能成功地凝聚出星系、银河系、太阳、地球以及人类。

“我们研究中微子，本质上是一种对自然规律的纯粹探索。它短期内可能确实没有直接的用处，但从长远来看，其价值是无法预料的。就像电刚被发现时，人们也不知道它将来能用来做什么。”曹俊说，“这正是基础研究的意义：我们先去理解世界，而改变世界的种子，往往就埋藏在这份理解之中。”

为何要去地下700米？

中国科学院高能物理研究所科研人员介绍，江门中微子实验的主要工作，其实是测量核电站反应堆的中微子振荡，核电站反应堆热功率越大，释放的中微子数目就越多，实验精度就越高，尤其是当实验装置距离核电站反应堆50至55公里时，中微子振荡出现极大值，对中微子质量顺序的测量最灵敏。

江门中微子实验所在位置距离附近的阳江核电站和台山核电站均为53公里，三地形成一个等腰三角形，这样就可以最大限度利用两个核电站的总功率。

放置在地下700米深处，则是出于“安静”的需求。科研人员说，由于地面上有很强的宇宙射线，会干扰对中微子的探测。700米的山体和岩层就相当于过滤器，可以大幅降低宇宙射线强度。

这些光电倍增管是探测中微子的“眼睛”，其主要作用是将光信号转换为电信号 图片来源：中科院之声

江门中微子实验的核心探测设备是一座有效质量为2万吨的低本底、高透明度的球形液体闪烁体探测器，被称为“大玻璃球”。这颗玻璃球内径35.4米，有机玻璃净重约600吨，是世界上最大的单体有机玻璃球。

“大玻璃球”被钢架固定在一个44米深的圆柱形水池中，池内灌装3.5万吨超纯水，通过在内壁布满的光电倍增管共同探测中微子被液体闪烁体“俘获”时产生的闪烁光，将光信号转换为电信号输出，就能“捕捉”到中微子。

江门中微子实验装置：解决中微子的质量顺序

专家介绍，太阳中微子的振荡模式跟核反应堆中微子振荡模式是非常类似。通过精度的提高，科研人员可以对太阳中微子的振荡有更好的了解，可以精确研究中微子整个振荡矩阵的所有参数，验证是不是只有三代中微子。

江门中微子实验（JUNO）装置中心探测器图片来源：新华社

历史上人类曾经认为原子是最小的粒子，但是在后来的深入研究中，逐渐发现构成今天我们的世界的基本粒子包括6种夸克、6种轻子，其中轻子中有3种是中微子，即：电子中微子、缪子中微子和陶子中微子。

而江门中微子实验最主要的科学目标就是解决粒子物理学领域未来十年内的一个重大问题，即：中微子的质量顺序，从而为探索未知物理世界打开新窗口。

来源：新华社、科技日报、光明日报、中科院之声、江门日报