

11月19日,科研人员在江门中微子实验运行控制室监测探测器运行情况。新华社发
初冬的江门,寒意渐浓,位于江门开平市金鸡镇地下700米的江门中微子实验室,却用一场“科学热浪”席卷全球物理学界——运行2个多月,江门中微子实验(JUNO)便发布第一个物理成果:2个中微子振荡参数的最精确测量,比此前实验的最好精度提高了1.5—1.8倍,超过国际其他实验10—20年的积累,一举刷新了国际学界对这两个参数长达半个世纪的认知。
“这次物理成果经过3个独立的分析组分别独立分析,最后得出完全一致的结果,我们有充分的信心相信这次得到的中微子振荡信号是正确的。”中国科学院院士、江门中微子实验项目经理王贻芳在11月18日的媒体吹风会上说,2个多月的时间,实验室解决了所遇到的问题,完成了非常复杂的过程,也完成了非常复杂的实验与分析,获得首个这样的物理成果。“这么大、这么复杂的一个实验,在这么短的时间内就取得成果,充分证明实验整体运行情况与我们的设计是完全符合的,所有的指标都达到预先的设定。”王贻芳说。
运行仅2个多月,江门中微子实验便改写了世界纪录,它的底气从何而来?江门中微子实验为什么行?
江门日报记者 张浩洋 陈敏锐 严建广
20余载深耕,从跟跑到领跑
江门中微子实验的精度飞跃,看似突然,实则是中国中微子研究20余年厚积薄发的必然。
中微子,这个被称为“幽灵粒子”的宇宙基本粒子,曾让全球科学家望而却步。中国的中微子研究,便是“从零开始”的挑战。
时间回到2001年,王贻芳、曹俊、杨长根等从事高能物理研究的科学家陆续回国,投身中微子研究。带着“不当配角、不当跟班”的决心,他们在2004年国际中微子研讨会上力推中国方案,最终让大亚湾中微子实验在国际上得到广泛支持。经过多次据理论证,最终促成大亚湾中微子实验——首个由中国主导的大型基础科学国际合作项目。
2012年,大亚湾反应堆中微子实验率先发现第三种中微子振荡模式,入选《科学》年度十大科学突破,其PRL论文46个月被引用1313次,成为解开“反物质消失之谜”的关键钥匙。荣誉的背后,是科研人20余年的坚守:江门中微子实验项目副经理、中心探测器负责人,中国科学院高能物理研究所研究员衡月昆从1999年起专注探测器研发,从大亚湾中微子实验到江门中微子实验,不断提升探测器测量精度;中国科学院高能物理研究所研究员、开平中微子研究中心主任李小男2005年回国后深耕中微子领域,在江门中微子实验地下工程中直面地下水涌、大跨度洞室稳定等难题,用探水注浆、锚索技术破解地下施工难题,他们用青春见证了中国中微子研究的每一步跨越。
更令人振奋的是技术突围。面对日本对20英寸光电倍增管(PMT)的技术垄断,中国团队从2009年提出新型方案,历经11年联合攻关,最终研制出具有自主知识产权的PMT,不仅节省了2/3的经费,更挽救了国内濒临倒闭的光电倍增管行业。这种“一代接一代”的传承,让江门中微子实验在2013年立项时便具备“站在巨人肩膀上”的底气,也印证了王贻芳的判断:“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。”
从2004年科学家力推中国方案突破国际竞争,到2012年大亚湾中微子实验取得科学突破,再到2025年江门中微子实验领跑全球,这份跨越两代人的坚守印证了基础研究的本质规律——它无法依靠短期冲刺,必须以“国家投入必有回报”的战略底线和“一代接一代”的传承精神为根基。
正如打破光电倍增管的技术垄断带来的启示:11年联合攻关不仅实现了自主知识产权突破,更挽救了国内相关产业,这恰恰说明,科技强国的根基在于对基础研究“十年磨一剑”的耐心与投入。
全球智慧汇聚,创新无国界
大科学时代,没有任何一项重大突破能脱离全球协作。江门中微子实验的成员涵盖17个国家和地区、75个科研机构的700多名研究人员。这种大规模的国际合作,既是大亚湾中微子实验成功积累的“口碑效应”,更是中国科技开放包容的生动体现。
意大利米兰大学和意大利国家核物理研究院研究员、江门中微子实验副发言人Gioacchino Ranucci表示:“江门中微子实验成就得益于国际团队的专业知识共享,共同将液体闪烁体技术推向极限。”这种“中国主导、全球参与”的模式,打破了传统国际合作中的“中心—边缘”格局,让每位参与者都成为链条的重要一环。
在有机玻璃球的研制中,这种协作体现得淋漓尽致。江门中微子实验需要直径35.4米的有机玻璃球,其体积是国际最大SNO实验球的20倍,国内厂家起初无人敢接。汤臣科技董事长汤月生虽认为“想法天马行空”,却被科学家的“有理取闹”打动,主动投入生产系统研发。“就算不做这个项目,技术积累也有用。”汤月生说。最终,汤臣科技与高能所联合突破整圈合缝、低本底等技术壁垒,造出世界最大有机玻璃球。
同时,意大利液闪专家Marco Beretta带领团队负责蒸馏系统,保障2万吨液闪的纯化。他感慨说:“不同文化汇聚能带来更多创新思路。”
科研需求牵引产业升级,国际协作加速技术突破。合作模式的良性循环不仅让江门中微子实验攻克了“探测器足够大、精度足够高”的核心难题,更推动国内相关产业长足发展,为大科学装置国产化提供了“江门样本”。
精益求精,向极致要精度
中微子探测的精度要求,堪称“科学史上的极致挑战”——要在地下700米深处,用2万吨液体闪烁体在每秒1000个、每天8000万个事例中捕捉到几十个真正的中微子事例,任何微小的干扰都可能让实验功亏一篑。“结构要承受3000吨浮力,运行周期长达30年,每个细节都不能忽视。”江门中微子实验总工程师马骁妍道出极致要求的背后考量。
为解决有机玻璃球与不锈钢网壳的连接问题,团队对590根支撑杆的节点设计做了上百次实验;41米直径的不锈钢网壳用12万套螺栓拼接,不允许任何焊接,螺栓直径20毫米、螺孔22毫米,正负偏差仅1毫米,预装阶段所有网壳都需100%预拼装。
“极致”还渗透在实验的每个环节:江门中微子实验本底控制负责人赵洁带领团队将2万吨液闪中的灰尘总量控制在0.008克以内;探测器材料需经过4级纯化,超纯水灌注时液位差控制在厘米量级,流量偏差不超过0.5%;为降低宇宙射线干扰,实验深埋地下700米,将干扰压低10万倍。
正如李小男所言:“基础科学研究要有高目标,科学不领先,技术永远不会领先。”从3%的能量精度(国际最好水平的2倍),到76%以上的极限光学覆盖率,再到20米的液闪光衰减长度(世界最高水平),江门中微子实验创造的每一项世界纪录,都是科研人用拼搏精神啃下的“硬骨头”。
习近平总书记强调,我们要建成的科技强国,应当具有居于世界前列的科技实力和创新能力,支撑经济实力、国防实力、综合国力整体跃升,增进人类福祉,推动全球发展。
“拥有强大的基础研究和原始创新能力,持续产出重大原创性、颠覆性科技成果”,是科技强国必须具备的基本要素之一。作为原始科技创新的国之利器,大科学装置在激烈的全球科技竞争中的重要性日益凸显。
从大亚湾中微子实验到江门中微子实验,中国中微子研究的20年,是科技强国建设的缩影——以长期积累筑牢创新根基,以开放协作汇聚全球智慧,以极致匠心突破技术壁垒。
如今,江门中微子实验已开启探索中微子质量顺序的新征程,未来还将涉足超新星中微子、地球中微子等前沿领域。正如马骁妍所说:“我们在地球深处造了一只‘大眼睛’,为人类探索星辰大海奠基。”当更多实验成果涌现,当更多中国科学家的名字写入教科书,科技强国的梦想必将照进现实,为人类福祉与全球发展注入更强“中国力量”。

