深藏地下700米的“巨型西瓜”？去神秘實(shí)驗室尋找“幽靈粒子”

在廣東江門(mén)的大山深處，大科學(xué)裝置——江門(mén)中微子實(shí)驗裝置正在緊張建設中。這個(gè)深藏在地下700米的實(shí)驗室所研究的是宇宙中的一種“幽靈粒子”——中微子。

這個(gè)神秘的實(shí)驗室長(cháng)什么樣？它為什么要建這么深？“幽靈粒子”又是什么？央視新聞《頂級實(shí)驗室》帶你一探究竟↓

(相關(guān)資料圖)

深入地下700米

捕捉“幽靈粒子”有多難

中微子是構成物質(zhì)世界最小的單元之一，其歷史十分古老，宇宙爆炸后幾秒，它們就誕生了。

中微子在宇宙中無(wú)處不在。每秒間，就有700億個(gè)中微子從我們的指縫中穿過(guò)。然而，捕捉它并非易事。中微子個(gè)頭小、不帶電、來(lái)無(wú)影去無(wú)蹤，可輕易穿透人體和地球，被人叫作“幽靈粒子”。

江門(mén)中微子實(shí)驗室正是國家為研究中微子而建設的大科學(xué)裝置。對其展開(kāi)研究，我們就可能發(fā)現宇宙誕生之初的秘密。

為什么建在江門(mén)？

核反應堆是地球上產(chǎn)生中微子最集中的位置。江門(mén)市距離陽(yáng)江、臺山兩處核電站均為53千米，兩大反應堆全面建成后總功率居世界第一，可獲得雙倍的實(shí)驗樣本。

可以說(shuō)，這里是目前全球最適合做中微子實(shí)驗的地方。

實(shí)驗室的位置距離其正上方的山頂有700米距離。如果把廣州新電視塔“小蠻腰”放進(jìn)地下，塔尖離山體表面還有100米。

為什么要建這么深？由于地面上有很強的宇宙射線(xiàn)，會(huì )干擾對中微子的探測。700米的山體和巖層就相當于過(guò)濾器，可將宇宙射線(xiàn)的強度大幅降低，讓我們得到純凈的中微子信號。

深入地下700米沒(méi)那么容易，需要乘坐“小火車(chē)”，沿著(zhù)1300米的斜井隧道行駛將近20分鐘，就像一場(chǎng)“地心歷險記”↓

創(chuàng )下多項世界之最

這個(gè)神秘的實(shí)驗室長(cháng)什么樣

不同于一般的實(shí)驗室，江門(mén)中微子實(shí)驗裝置的主體就像一只泡在冰水中的西瓜。

△江門(mén)中微子實(shí)驗裝置

其最外側是由低放射性不銹鋼組成的網(wǎng)架，這是國內最大的單體不銹鋼結構，整個(gè)結構由12萬(wàn)套高強螺栓固定。

網(wǎng)架內部是世界最大的單體有機玻璃結構——直徑35.4米、厚度卻僅有120毫米的有機玻璃球。雖然“薄如蛋殼”，卻有著(zhù)極強的堅固性?？蒲腥藛T采用了本體粘接工藝，讓263塊玻璃板渾然一體，完全看不出一點(diǎn)兒拼接的痕跡。

△建造中的有機玻璃球

整個(gè)球體構成了世界上能量精度最高、規模最大的液體閃爍體探測器。但是，想要捕捉到中微子的身影，還需要一個(gè)關(guān)鍵部件↓

“幽靈粒子”究竟怎么測

4.5萬(wàn)只“黃金眼”是關(guān)鍵

江門(mén)中微子探測器研制最難的一道關(guān)，就是被稱(chēng)為最靈敏的“探測器眼睛”的4.5萬(wàn)只光電倍增管。這些橢圓形的“黃金瞳”可以將中微子的光信號轉換成電信號，并放大1000萬(wàn)倍，從而獲取到其能量、位置等信息，交由計算機分析處理。

△光電倍增管

在2016年之前，20寸的光電倍增管只有國外一家公司可以生產(chǎn)，售價(jià)一般在5萬(wàn)元到6萬(wàn)元一只，采購成本極高。當時(shí)，實(shí)現光電倍增管?chē)a(chǎn)化，就如同橫在科研工作者面前的一座高山。

最終，經(jīng)過(guò)我國科研人員的苦心鉆研，2020年，1.5萬(wàn)只光電倍增管全部出廠(chǎng)并通過(guò)驗收，實(shí)現了這項技術(shù)的國產(chǎn)化，也打破了國外30多年的壟斷。

如今，江門(mén)中微子實(shí)驗室已經(jīng)建造了10年，科學(xué)家、工程師、建筑工人、后勤保障人員做著(zhù)或許枯燥，卻極為浪漫的工作——身處700米深的地下，仰望著(zhù)浩渺的星空。

到明年，實(shí)驗裝置中心的有機玻璃球就會(huì )被液體閃爍體充滿(mǎn)，在未來(lái)的二三十年間，將再也不會(huì )有人類(lèi)涉足。它就像黑暗中的火柴，靜靜等待中微子劃亮。

這里究竟能發(fā)現什么樣的宇宙奧秘

讓我們共同期待吧！

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