深藏地下700米的“巨型西瓜”？去神秘实验室寻找“幽灵粒子”

在广东江门的大山深处，大科学装置——江门中微子实验装置正在紧张建设中。这个深藏在地下700米的实验室所研究的是宇宙中的一种“幽灵粒子”——中微子。

(资料图片仅供参考)

这个神秘的实验室长什么样？它为什么要建这么深？“幽灵粒子”又是什么？央视新闻《顶级实验室》带你一探究竟↓

深入地下700米

捕捉“幽灵粒子”有多难

中微子是构成物质世界最小的单元之一，其历史十分古老，宇宙爆炸后几秒，它们就诞生了。

中微子在宇宙中无处不在。每秒间，就有700亿个中微子从我们的指缝中穿过。然而，捕捉它并非易事。中微子个头小、不带电、来无影去无踪，可轻易穿透人体和地球，被人叫作“幽灵粒子”。

江门中微子实验室正是国家为研究中微子而建设的大科学装置。对其展开研究，我们就可能发现宇宙诞生之初的秘密。

为什么建在江门？

核反应堆是地球上产生中微子最集中的位置。江门市距离阳江、台山两处核电站均为53千米，两大反应堆全面建成后总功率居世界第一，可获得双倍的实验样本。

可以说，这里是目前全球最适合做中微子实验的地方。

实验室的位置距离其正上方的山顶有700米距离。如果把广州新电视塔“小蛮腰”放进地下，塔尖离山体表面还有100米。

为什么要建这么深？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，可将宇宙射线的强度大幅降低，让我们得到纯净的中微子信号。

深入地下700米没那么容易，需要乘坐“小火车”，沿着1300米的斜井隧道行驶将近20分钟，就像一场“地心历险记”↓

创下多项世界之最

这个神秘的实验室长什么样

不同于一般的实验室，江门中微子实验装置的主体就像一只泡在冰水中的西瓜。

△江门中微子实验装置

其最外侧是由低放射性不锈钢组成的网架，这是国内最大的单体不锈钢结构，整个结构由12万套高强螺栓固定。

网架内部是世界最大的单体有机玻璃结构——直径35.4米、厚度却仅有120毫米的有机玻璃球。虽然“薄如蛋壳”，却有着极强的坚固性。科研人员采用了本体粘接工艺，让263块玻璃板浑然一体，完全看不出一点儿拼接的痕迹。

△建造中的有机玻璃球

整个球体构成了世界上能量精度最高、规模最大的液体闪烁体探测器。但是，想要捕捉到中微子的身影，还需要一个关键部件↓

“幽灵粒子”究竟怎么测

4.5万只“黄金眼”是关键

江门中微子探测器研制最难的一道关，就是被称为最灵敏的“探测器眼睛”的4.5万只光电倍增管。这些椭圆形的“黄金瞳”可以将中微子的光信号转换成电信号，并放大1000万倍，从而获取到其能量、位置等信息，交由计算机分析处理。

△光电倍增管

在2016年之前，20寸的光电倍增管只有国外一家公司可以生产，售价一般在5万元到6万元一只，采购成本极高。当时，实现光电倍增管国产化，就如同横在科研工作者面前的一座高山。

最终，经过我国科研人员的苦心钻研，2020年，1.5万只光电倍增管全部出厂并通过验收，实现了这项技术的国产化，也打破了国外30多年的垄断。

如今，江门中微子实验室已经建造了10年，科学家、工程师、建筑工人、后勤保障人员做着或许枯燥，却极为浪漫的工作——身处700米深的地下，仰望着浩渺的星空。

到明年，实验装置中心的有机玻璃球就会被液体闪烁体充满，在未来的二三十年间，将再也不会有人类涉足。它就像黑暗中的火柴，静静等待中微子划亮。

这里究竟能发现什么样的宇宙奥秘

让我们共同期待吧！

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