中外科学家在江门中微子实验建设过程中通力合作。刘悦湘 摄
2025年8月26日，中国科学史必将记住这一历史性时刻——江门中微子实验正式运行取数，成为全球首个建成的下一代大型中微子实验装置。
从2013年立项到2025年建成，江门中微子实验创造了多项世界纪录：41.1米直径不锈钢网壳支撑结构、2万只20英寸光电倍增管阵列、液体闪烁体（以下简称“液闪”）光衰减长度突破20米……这些“极致”技术背后，是来自17个国家和地区、74个科研机构的700多名科学家与工业界数千人的协同创新，以“极致”浪漫叩问宇宙起源。
此刻，广东江门开平金鸡镇打石山地下700米深处，4万多只光电倍增管如星河倾泻，为人类点亮了探寻宇宙本质的“超级眼睛”，打开了一扇通向物质本质与宇宙起源的天窗。
在地下700米深处逐梦
大亚湾中微子实验的发现，让我国中微子研究实现了“从无到有”，并一举走到了世界前列。接棒大亚湾中微子实验，更为先进、规模更大的江门中微子实验肩负起更大使命：精确测量中微子质量顺序，进而探索宇宙起源奥秘。
要揭开中微子质量顺序的神秘面纱，中心探测器的设计与建造是关键所在。从2013年立项到2015年，江门中微子实验项目副经理、中心探测器负责人衡月昆对探测器性能、成本、建造可能性、风险、寿命等诸多因素进行了综合考量，最终确定采用有机玻璃球装载液闪，用纯水做屏蔽液体，用钢网架结构支撑探测器结构。
中心探测器设计方案确定后，从2015年春天开始，在金鸡镇打石山，一群又一群的逐梦者走进了地下700米的山腹之中，他们要在这里建设世界上最先进的中微子探测器。
大科学装置工程的基建，从提出需求到设计再到施工环环相扣，任何偏差都可能导致无法满足实验需求。而江门中微子实验实验大厅为国内最大跨度的深埋地下洞室，洞室顶部起拱跨度达49.5米，属于世界级的超常规地下工程。
中国科学院高能物理研究所（以下简称“高能所”）研究员、开平中微子研究中心主任李小男曾在大亚湾中微子实验参与电子学研究。2012年9月，他与中国科学院院士、江门中微子实验首席科学家王贻芳一起去踏勘选址，并从2013年起作为基建负责人长驻开平。历时7年的土建工程中，粒子物理专业出身的李小男学习了地质、水文、测控、消防等多个专业领域的知识，与施工方保持顺畅沟通，共同破解了多个施工难题。
回顾实验建设过程中遇到的种种问题，王贻芳坦言：“江门中微子实验是我做过最困难的，也是在一定程度上感觉最无力的实验。”
“世界之最”诞生的背后
早在大亚湾中微子实验预研阶段，高能所便将国内从北到南的有机玻璃厂家都梳理了一遍，彼时，国内没有任何厂家能够胜任。
8年后，当江门中微子实验开始预研时，国内厂家的加工水平已经普遍上了一个台阶。不过，江门中微子实验的有机玻璃球比当时国际上最大的SNO实验有机玻璃球体积要大20倍。在汤臣科技董事长汤月生眼中，这个打造世界第一大有机玻璃球的想法，多少有些天马行空。
当初听说高能所要找厂家造一个直径35.4米的有机玻璃球用来装液体，汤月生压根就不信——在当时的认知中这是不可能实现的。但细细分析起来，科学家的“取闹”却有理有据：有机玻璃球作为中微子探测器的重要组成部分，里面将灌装2万吨的液闪，周身布满光电倍增管，整体再泡在直径43米、装满纯水的圆柱形水池里。当中微子到达探测器后，激发有机玻璃球内的液闪发出闪烁光，光穿过有机玻璃球被光电倍增管捕捉，转变成的电信号将被记录下来用于分析研究……
有机玻璃球的特殊作用，注定了在有机玻璃性能上有着不平凡的要求——不能添加抗紫外成分，透光度要好，材料要低本底且越纯净越好，不能有放射性，更不能出现形变、开裂……为此，汤臣科技开辟生产专线，与高能所通力合作，改进生产工艺和材料成分，其间突破了整圈合缝、透光率、局部退火、低本底等多项技术壁垒，攻克了项目进程中的一系列难题。
光电倍增管是江门中微子实验最核心的探测器件。2008年，高能所提出江门中微子实验的构想时，所需的2万只高性能20英寸光电倍增管成为关键，然而相关技术被日本垄断，价格高昂。因此，光电倍增管自主研发提上日程。
2009年，王贻芳等提出了新型的微通道板光电倍增管方案，经过11年的探索和联合攻关，研制出具有自主知识产权的国际最高光子探测效率的光电倍增管，打破国际垄断，并获多个专利授权。2020年，15000只20英寸光电倍增管交货，较从国外购买节省三分之二经费，并在一定程度上挽救了濒临绝境的国内光电倍增管行业。
这些“世界之最”诞生的背后，是江门中微子实验合作组持之以恒的精心规划、测试与坚持。自项目实施以来，合作组集智攻关，研制了高强度、高精度、高透光率光电倍增管水下防爆系统；研发高洁净度、高密封、高效率的液闪纯化系统，获得了目前国际上衰减长度最长的液闪；采用水下电子学的创新设计，以民用器件实现了航天可靠性；完成直径41.1米的不锈钢网架等关键部件的设计、研制及批量生产……
“我们与企业合作实现技术方案，在让参与企业和人员得到锻炼和提高的同时，还形成了数十件发明专利。”王贻芳说。
追求“极致”的人们
爬上不锈钢网架，选取最好的角度按下快门，用镜头记录江门中微子实验的建设进展，这是刘悦湘的工作日常。
刘悦湘是江门中微子实验的兼职摄影师，10年间，他用超15万次的快门，不仅记录下项目的变迁，更展现出建设工人和科研工作者的努力和意志。
在日常拍摄工作过程中，刘悦湘总是在一些犄角旮旯里碰到高能所高级工程师、江门中微子实验总工程师马骁妍。个子不高的她整天戴着一顶白色安全帽，帽子上多道蓝色小划痕，是她每天攀爬网架磕碰时留下的痕迹。
江门中微子实验中心探测器置于液体中，内部的液闪与外部的纯水密度不同，整个运行过程中结构要承受将近3000吨的浮力，这让马骁妍不得不追求“极致”。“我们不仅要考虑整个结构的受力稳定性、安全性，还要考虑运行30年的长久性。整个设计不能忽视任何细节，例如有机玻璃球和外面不锈钢网壳连接的节点，该结构包含590根支撑杆，仅连接节点的设计，我们就做了100多次实验。”马骁妍说。
同样追求极致的还有高能所青年研究员、江门中微子实验本底控制负责人赵洁。
中微子很难被捕获，环境和材料等各方面都会产生假信号干扰探测器。本底控制就是要尽最大努力把这些干扰信号降到最低，这是捕获中微子的前置条件。
本底控制周期非常长。在探测器设计环节，本底控制相关工作已经开始。2022年，赵洁来到施工现场后，带领团队首先把实验大厅隔离起来，装上风淋室，随后进行了一次大扫除，再在地面铺上塑料垫膜。“通过厅内的循环过滤系统，我们全力把实验大厅环境维持在实验要求的水平。”赵洁说。
如果说江门中微子实验是一幅画，那么液闪就是这幅画的画纸。因此，研发一个高洁净度、高密封、高效率的液闪纯化系统，以此得到发光效率更高、光稳定性更好的液闪，是捕捉中微子的核心难题之一。
20世纪中后期以来，大科学装置大量涌现，广泛的国际合作成为大型高能物理实验的重要特点，逐渐呈现“全球化”趋势。意大利液闪专家Marco Beretta于2023年来到江门中微子实验现场，成为江门中微子实验液闪的负责人之一。
“为了进一步提高液闪的透明度并降低放射性本底水平，我们在现场建立自己专门设计的大型纯化设施，将2万吨液闪‘滤’一遍，‘蒸’一遍，‘洗’一遍，再‘吹’一遍，获得的液闪光传输衰减长度大于20米，达到了世界最高水平。”Marco Beretta说。
为探索星辰大海筑基
在江门中微子实验办公楼白墙上，“下一个挑战：中微子质量顺序”字样引人注目，这代表了江门中微子合作组长期以来的目标与决心。
江门中微子实验试运行期间首批获取的数据显示，其探测器关键性能指标全面达到或超越设计预期。
“我们对江门中微子实验的科学产出抱有极大期待。”王贻芳说，“只有基础科学领先国际，才有科技的真正领先和国家的富强。希望江门中微子实验未来的产出成果能成为年轻人学习的教材。”
在王贻芳看来，大科学装置是很好的人才培养基地。马骁妍、李小男、赵洁……这些当年有参与大亚湾中微子实验的年轻人，现在都成长为江门中微子实验的骨干。
在建设期间，很多人曾问马骁妍和她的同事们究竟在地下700米干什么？当4万多只光电倍增管全部点亮，地下700米深处闪起“熠熠星光”时，马骁妍心里有了答案——
在21世纪的某个时刻，曾有一群仰望星空的人，在岭南的花岗岩深处，为人类造了一双“眼睛”，用它来捕捉宇宙中每一缕太阳风的吹拂、每一场超新星的跃动。借助它，不仅可以让人类在物理学的最前沿再迈前一步，也为我们未来探索星辰大海打下坚实的基础。他们在做的，就是这么一件浪漫的事。
□江门日报记者 张浩洋 陈敏锐
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