中科院副院長(zhǎng)陰和?。ㄗ笕V東省副省長(zhǎng)陳云賢（左四）
在高能所所長(zhǎng)王貽芳（左二）陪同下參觀江門中微子實(shí)驗(yàn)建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)
江門中微子實(shí)驗(yàn)站地理位置
江門中微子實(shí)驗(yàn)站配套基建工程地面建筑三維布置圖
正在建設(shè)的江門中微子實(shí)驗(yàn)，其規(guī)模是大亞灣實(shí)驗(yàn)的100倍，注視它的目光中有期待也有些許質(zhì)疑，但中國(guó)科學(xué)家們從未有絲毫退卻。他們借鑒大亞灣實(shí)驗(yàn)的成功經(jīng)驗(yàn)，組建有實(shí)力的隊(duì)伍，提出嚴(yán)謹(jǐn)可靠的實(shí)施方案，在我國(guó)科學(xué)基礎(chǔ)研究的重要轉(zhuǎn)型期，建設(shè)江門中微子實(shí)驗(yàn)，并預(yù)計(jì)于2020年開展中微子質(zhì)量順序測(cè)量。
1月10日下午，廣東省江門市開平市金雞鎮(zhèn)一個(gè)偏僻的山坳里熱鬧非凡，來自全球的300多名中外科學(xué)家齊聚于此，此刻，他們談?wù)摰脑掝}只有一個(gè)：江門中微子實(shí)驗(yàn)（JUNO）啟動(dòng)建設(shè)。這是繼大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)之后，由我國(guó)主持的第二個(gè)大型中微子實(shí)驗(yàn)。
自從上世紀(jì)50年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)中微子以來，對(duì)它的研究始終被視為全球科學(xué)界的前沿課題。中微子，這個(gè)來自微觀粒子世界的神秘使者可以自由穿梭且?guī)缀醪慌c任何物質(zhì)發(fā)生作用，因而也被人們稱作“幽靈”粒子。
2012年，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所（以下簡(jiǎn)稱高能所）領(lǐng)銜的大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了中微子的第三種振蕩模式，被評(píng)價(jià)為開啟了未來中微子物理研究的大門。這是我國(guó)在國(guó)際前沿研究領(lǐng)域取得的又一項(xiàng)具有重大意義的科研成果。
此次啟動(dòng)建設(shè)的江門中微子實(shí)驗(yàn)劍指國(guó)際前沿?zé)狳c(diǎn)——測(cè)量中微子質(zhì)量順序，期待為人們逐步揭開“幽靈”粒子的神秘面紗。
中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)白春禮為此發(fā)來賀信。他指出，江門中微子實(shí)驗(yàn)是“我國(guó)科學(xué)家在中微子研究領(lǐng)域邁出的重大步伐，對(duì)于鞏固我國(guó)在中微子研究的領(lǐng)先地位具有重要意義”。
他殷切地希望，高能所按照“率先行動(dòng)”計(jì)劃有關(guān)要求，在大亞灣實(shí)驗(yàn)取得成功的基礎(chǔ)上，再接再厲、潛心攻關(guān)，扎實(shí)推進(jìn)江門中微子實(shí)驗(yàn)各項(xiàng)工作，爭(zhēng)取早日運(yùn)行，早出重大成果；在中微子研究方面，走在世界的前列，作出國(guó)家戰(zhàn)略科技力量應(yīng)有的重大創(chuàng)新貢獻(xiàn)。
快馬加鞭未下鞍
盡管“幽靈”粒子頗為神秘，但是我國(guó)科學(xué)家追逐它的步伐不曾放緩。江門中微子實(shí)驗(yàn)就是一個(gè)很好的例證。
大亞灣實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)新的振蕩模式后，科學(xué)家們迅即踏上了新的征途。通過反復(fù)比較物理發(fā)現(xiàn)能力，2012年8月,原名大亞灣二期實(shí)驗(yàn)的江門中微子實(shí)驗(yàn)確定陽(yáng)江、臺(tái)山核電站附近的江門市為最佳站址。
2013年2月，江門中微子實(shí)驗(yàn)列入先導(dǎo)專項(xiàng)A類。同年6月10日，由白春禮領(lǐng)銜、200多位專家歷時(shí)一年多深入研究推出的《科技發(fā)展新態(tài)勢(shì)與面向2020年的戰(zhàn)略選擇》報(bào)告發(fā)布。該報(bào)告提出，江門中微子實(shí)驗(yàn)工程重點(diǎn)是新建一個(gè)大型的高精度中微子實(shí)驗(yàn)站，研究反應(yīng)堆中微子振蕩。
經(jīng)過詳細(xì)的地質(zhì)勘探和測(cè)量，實(shí)驗(yàn)站確定落戶江門開平市金雞鎮(zhèn)和赤水鎮(zhèn)交界處打石山一帶。建成后，該實(shí)驗(yàn)室將是國(guó)內(nèi)跨度和土石方量最大的地下洞室。
2014年7月，該實(shí)驗(yàn)組建了國(guó)際合作組，有中國(guó)（包括臺(tái)灣地區(qū)）、捷克、芬蘭、法國(guó)、德國(guó)、意大利、俄羅斯等國(guó)家和地區(qū)的45個(gè)研究單位的320多位研究人員正式參加實(shí)驗(yàn)。另外，還有美國(guó)等5個(gè)國(guó)家的十幾個(gè)研究單位準(zhǔn)備加入。
“該實(shí)驗(yàn)的首要科學(xué)目標(biāo)是利用反應(yīng)堆中微子振蕩確定中微子質(zhì)量順序，對(duì)于人類了解物質(zhì)微觀的基本結(jié)構(gòu)和宏觀宇宙的起源與演化具有重要意義?！痹诮T中微子實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)建設(shè)儀式上，實(shí)驗(yàn)國(guó)際合作組發(fā)言人、中科院高能所所長(zhǎng)王貽芳表示。
該實(shí)驗(yàn)站將建在地下729米深處，計(jì)劃于2020年投入運(yùn)行并開始物理取數(shù)，運(yùn)行至少20年。實(shí)驗(yàn)建造的中微子探測(cè)器將是世界上能量精度最高、規(guī)模最大的液體閃爍體探測(cè)器。這一實(shí)驗(yàn)的啟動(dòng)，標(biāo)志著我國(guó)中微子實(shí)驗(yàn)研究從起步到跨越的轉(zhuǎn)變。
目前除了江門中微子實(shí)驗(yàn)外，日本、美國(guó)、歐洲、印度、韓國(guó)等5個(gè)國(guó)家和地區(qū)還有7個(gè)實(shí)驗(yàn)正在計(jì)劃進(jìn)行中微子質(zhì)量順序的研究。王貽芳說：“江門中微子實(shí)驗(yàn)憑借我國(guó)領(lǐng)先的液體閃爍探測(cè)器技術(shù)和反應(yīng)堆中微子物理，提出了原創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)方案，有望率先測(cè)定中微子質(zhì)量順序。”
劍指國(guó)際前沿?zé)狳c(diǎn)
中微子是一種不帶電，質(zhì)量極其微小的基本粒子，共有三種類型，即電子中微子、μ中微子和τ中微子。在目前已知的構(gòu)成物質(zhì)世界的12種基本粒子中，其占了四分之一，在微觀的粒子物理和宏觀的宇宙起源及演化中都扮演著極為重要的角色。
中微子有質(zhì)量，是目前發(fā)現(xiàn)的唯一有堅(jiān)實(shí)實(shí)驗(yàn)證據(jù)超出粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的現(xiàn)象，對(duì)它的研究有可能發(fā)現(xiàn)新物理。大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中微子第三種振蕩模式后，國(guó)際中微子研究的下一個(gè)熱點(diǎn)目標(biāo)是測(cè)量中微子質(zhì)量順序。物理靈敏度分析表明，進(jìn)行這一研究的最佳實(shí)驗(yàn)站址在距反應(yīng)堆50~55公里，且與所有反應(yīng)堆距離相等的區(qū)域內(nèi)。江門中微子實(shí)驗(yàn)站距廣東陽(yáng)江和臺(tái)山反應(yīng)堆群約53公里，是世界上目前發(fā)現(xiàn)的最適合利用核反應(yīng)堆測(cè)量中微子質(zhì)量順序的地方。
陽(yáng)江核電站共有6個(gè)反應(yīng)堆，已全部開建或建成，總熱功率為17.4GW。臺(tái)山核電站共規(guī)劃4個(gè)反應(yīng)堆，兩個(gè)在建，總熱功率為18.4GW。陽(yáng)江與臺(tái)山核電站有效的反應(yīng)堆群功率世界第一。
王貽芳表示：“江門中微子實(shí)驗(yàn)瞄準(zhǔn)國(guó)際中微子研究領(lǐng)域目前的熱點(diǎn)問題：中微子質(zhì)量順序測(cè)量?！彼侵形⒆拥膬?nèi)稟屬性之一，決定了中微子的味結(jié)構(gòu)，是所有粒子物理模型都必須面對(duì)的問題。它直接影響中微子振蕩幾率和中微子與物質(zhì)的相互作用，因此在宇宙演化、太陽(yáng)及超新星中微子的產(chǎn)生與傳播、各種長(zhǎng)基線中微子振蕩等有重要影響。它是測(cè)量中微子絕對(duì)質(zhì)量的前提，還將決定另一類極為重要的實(shí)驗(yàn)——無中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)的未來發(fā)展方向。
“江門中微子實(shí)驗(yàn)可以精確測(cè)量中微子6個(gè)振蕩參數(shù)中的3個(gè)，并達(dá)到好于1%的國(guó)際最好水平，使檢驗(yàn)中微子混合矩陣的幺正性、發(fā)現(xiàn)新物理成為可能?！蓖踬O芳說。它也可以研究超新星中微子、太陽(yáng)中微子、地球中微子、惰性中微子等，不僅能對(duì)理解微觀的粒子物理規(guī)律作出重大貢獻(xiàn)，也將對(duì)宇宙學(xué)、天體物理乃至地球物理作出重大貢獻(xiàn)。
“科技是國(guó)家強(qiáng)盛之基,創(chuàng)新是民族進(jìn)步之魂?！倍A(chǔ)研究是自主創(chuàng)新的源頭，是科技驅(qū)動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的原動(dòng)力。
國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)數(shù)理科學(xué)部常務(wù)副主任汲培文表示，我國(guó)科學(xué)基礎(chǔ)研究正處于重要的轉(zhuǎn)型期，已由追趕國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)發(fā)展到與國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)齊頭穩(wěn)進(jìn)，目前，正在向引領(lǐng)國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)前進(jìn)。“現(xiàn)在，是中華民族為現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展作出貢獻(xiàn)的重要時(shí)期了?！彼f。
我國(guó)科學(xué)家啟動(dòng)江門中微子實(shí)驗(yàn)，聯(lián)合國(guó)際上有關(guān)專家面對(duì)中微子質(zhì)量順序等重大問題開展研究，“這充分展示了中國(guó)高能物理學(xué)家的氣魄、能力、水準(zhǔn)和自信，展示了中國(guó)科學(xué)院在我國(guó)基礎(chǔ)研究與國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)齊頭并進(jìn)的行程中在粒子物理研究領(lǐng)域又先邁出了一大步?！奔撑辔恼f。
省院攜手共推合作
江門中微子實(shí)驗(yàn)是中科院高能所繼大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)、東莞中子科學(xué)中心之后，在廣東省建設(shè)的第三個(gè)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。如此緊密的省院合作獲得了各方的贊賞。
科技部基礎(chǔ)研究司副司長(zhǎng)郭志偉表示，江門中微子實(shí)驗(yàn)不僅進(jìn)一步擴(kuò)充了國(guó)內(nèi)研究隊(duì)伍，加強(qiáng)國(guó)際合作力度，成立國(guó)際合作組，這是以我國(guó)科學(xué)家為主，開展的又一個(gè)重大合作項(xiàng)目，也是政府、研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)合作共同支持大型研究項(xiàng)目的又一個(gè)范例。
作為東道主，廣東省政府副省長(zhǎng)陳云賢由衷地對(duì)這一省院產(chǎn)學(xué)研合作的盛事表示熱烈祝賀。中科院與廣東省合作建設(shè)江門中微子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,無論對(duì)于實(shí)施科技強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)我國(guó)粒子物理研究跨越式發(fā)展，還是對(duì)于廣東集聚創(chuàng)新人才、提高自主創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力都具有十分重要的意義。
江門中微子實(shí)驗(yàn)將設(shè)計(jì)、研制并建造一個(gè)國(guó)際領(lǐng)先的基礎(chǔ)科學(xué)研究平臺(tái)，建立一支國(guó)際一流的科研團(tuán)隊(duì)，不僅將挑戰(zhàn)多個(gè)重大科學(xué)前沿，也將挑戰(zhàn)高量子效率光電探測(cè)器件、超大型高精度探測(cè)器、高性能極低本底液體閃爍體等技術(shù)難題，“這有望在提升企業(yè)的研發(fā)水平、打破國(guó)際技術(shù)壟斷方面作出重要貢獻(xiàn)。”陳云賢說。
“我們將認(rèn)真貫徹和落實(shí)雙方關(guān)于共建江門中微子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的合作協(xié)議，全力支持和配合項(xiàng)目建設(shè)，建立緊密高效、反應(yīng)迅速的協(xié)調(diào)機(jī)制，極力為項(xiàng)目如期建成創(chuàng)造良好的環(huán)境。使之成為我省參加重大科學(xué)研究項(xiàng)目的又一成功的范例。”陳云賢說。
（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2015年第1月19日第5版）
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