据探险队成员奶咖博士撰写的《咖之书》记载,在广东江门市的地下有一个神秘的巨坑,而在巨坑的最深处有一个巨大的空洞,被奶咖博士称为第零区。探险队在第零区中发现了一个漂亮的透明球体被粗壮的钢铁网格包裹着,如此庞大的透明球体到底是什么呢?!
一个半月前,我们学院组织了一批老师和学生去参观了建设中的江门中微子实验(简称JUNO),据说实验装置在最近就能收尾完工,明年就可以正式开始运行,所以我们差不多赶上了参观的最末几班车吧。在建设完工之后整个实验的球体会被几万吨超纯水包裹,且会被完全封闭起来隔绝外界的光和辐射,实验一做就是二三十年,因此不出意外的话这个球也许要等到二三十年后退役时才能重见天日。
JUNO实验位于江门的开平(见下图),与阳江核电站和台山核电站之间的距离都是53公里左右,而两个核电站之间的距离也恰好是53公里,所以三者之间大致形成一个等边三角形。下图的右侧还能看到JUNO的前辈,大亚湾中微子实验室。JUNO实验能够顺利立项和建成,各方面都和大亚湾实验所取得战功有关。
坐了三个多小时大巴来到JUNO实验区,接待我们的高级工程师秦老师用ppt为我们简单地介绍了实验的整个概况。原本也临时安排了我讲一个科普报告的,搞得我通宵赶了个ppt出来,结果因为大巴开太慢延误了半个小时,为了不影响后面的参观行程,所以我的报告也就取消了(可恶,白通宵了)。大伙匆匆吃了个午饭后就穿上了橘子学院校服,啊不,是橘色的背心,然后戴上安全帽出发前往地下。去地下巨坑的方法是坐矿车(下图1、2),由于实验大厅是在地下700米,所以矿车在斜向下轨道上跑了有一千多米,速度还很慢。一路上两侧都是裸露的岩石,没什么好看的,毕竟要控制成本,这种不影响实验的细枝末节能省则省。
地下700米的气温很湿热,据说温度基本上就是江门的年平均气温(二十几摄氏度)再加个几度吧。潮湿很好理解,毕竟这里是沿海地区,而且地下也有地下水环绕。热则估计是因为比较深的地下与地表之间有很厚的岩石和泥土隔绝,导致热交换非常缓慢,夏天不会有明显升温,冬天也不会明显降温,然后加上来自更深处的热源持续不断地输入热量,因此温度就是平均气温在多几度。
那么JUNO为什么要设置在这么深的地下呢?这就要讲到她所研究的内容了(我的ppt素材终于有用武之地了)。如实验的名字所述,JUNO实验是研究所谓的中微子(及其反粒子)的,提供中微子的源就是两个核电站反应堆。由于中微子只参与弱相互作用,因此它和一切物质之间的反应都非常微弱,可以轻易地穿越非常厚的山丘和地下岩石层。相对的,环境中产生的以及来自宇宙射线的粒子,比如光子、质子、氦核、电子、缪子、π介子等,它们参与的相互作用就要强得多,因此它们很难穿越地下700米加上地上两三百米的山丘的岩石屏障。总的来说,在很深的地下做实验就可以排除掉来自宇宙射线或其他外界环境的本底,且并不怎么影响你想要探测的中微子。
当然事物总是有两面性,中微子相互作用很弱使得它能够穿越很厚的岩层,但这也使得它很难被探测到。实际上,历史上中微子的发现过程中就很让很多物理学巨佬们脑内银河发光。(见下面的ppt)人们在发现所谓beta衰变之后,就观察到了这样的奇怪现象:在测量中子衰变成质子加电子这个过程的能谱时,人们发现电子的能谱居然是一个连续谱(下面ppt右侧图中黑色曲线),而 不是 一个确定的能量(红色竖线)。之所以说这个现象奇怪,是因为根据能量和动量守恒,电子的能量应该是一个几乎确定的值,不可能在一个大的范围内变动。
为了解释这个诡异的现象,以玻尔为首的量子激进派提出的观点是,能量守恒在微观粒子层面不成立,能量守恒只是一种宏观的统计结果。这个解释有一定的道理,在量子力学框架下,能量确实不那么确定,任何粒子的能量测量总是会有一定的展宽。然而一般来说不会有beta衰变这么宽的能谱变化范围,而且不会说正好截止于原本按照能量守恒计算的单色能量以下。
以泡利为首的保守派则认为对于微观粒子来说能量依然是守恒的,之所以会有这种奇怪的连续谱,是因为beta衰变的末态产物中其实还有一个没有被探测到的很轻的电中性粒子。如果整个衰变过程是三体衰变,则仅凭能动量守恒方程并不能给出确定的电子能量,或者说那个未知的粒子总是会带走一部分能量,因此有了上面这样的连续谱。
其实再回头看整个衰变过程,如果真的是中子衰变为质子+电子的两体衰变,那么不仅实验上能动量不守恒,理论上角动量也不守恒,因为中子是自旋为1/2的费米子,而末态的质子和电子也都是自旋1/2,它们的自旋无论是相加(自旋1)还是相减(自旋0)都不可能等于初态的自旋。但是如果假设末态还存在一个自旋1/2的电中性费米子,则无论是能量、动量还是电荷、自旋都能守恒,岂不美哉?
最终,这场关于beta衰变真相的论战以泡利的新粒子派取得胜利,现在人们知道,中子衰变的产物是质子+电子+反(电子型)中微子。尽管从物理直觉上讲,这种猜测确实更合理,但物理学是实验科学,在经过实验的检验之前人们不会轻易地相信一个新理论。从1931年泡利提出他的猜想开始,就不断有人尝试在实验上探测那个神秘的新粒子,其中也不乏我国的物理学家。1941年,王淦昌提出了一个很重要的实验改良思路,那就是把粒子的反应过程变成两体初态到两体末态的过程。这样做的好处是如果末态是两体过程那么根据能动量守恒其能谱是非常有特点的单色谱线,这种特别的信号可以很容易和背景噪音信号区分出来,比传统的探测三体末态有更高的信噪比。他具体考虑的过程是把beta衰变的 n→p+e+ν* 过程中末态的反中微子ν* 挪到初态,然后考虑它的逆的过程,也就是质子吸收一个电子然后吐出一个中子和一个中微子( p+e→n+ν),根据现代量子场论,这种物理过程是允许存在的。然而由于末态是两个电中性粒子,探测中子也依然有比较大的误差,所以最终由于各种技术条件的限制,人们并没能得到足够可靠的信号。
尽管王淦昌的方案没能证实中微子的存在,但大家相信探测两体末态的思路是对的。事情的转机发生在1950年左右,两位美国的物理学家 C. Cowan 和 F. Reines 考虑了另外一种更可靠的反应过程,那就是初态为质子吸收一个反中微子,然后末态为中子和正电子(电子的反粒子)。这样末态有一个带电的粒子,而且它是反粒子,很容易和随处可见的电子互相湮灭产生一对gamma光子,这个信号非常独特,很容易被识别出来。但是问题来了,这个实验方案需要有大量入射的反中微子,这些反中微子从哪来呢?注意此时的时代背景,1940~50年代有很多核爆实验在美国火热进行中,而核聚变反应正好就能产生反中微子,所以 Cowan 和 Reines 两个狠人最初的方案是在一个高塔上引爆一颗原子弹,然后在几十米外的地下安置实验装置(见上面ppt右图),这样入射的反中微子不就有了吗?!
这个方案看起来非常完美非常有美感,唯一的问题就是,你怎么保证你的实验设备和实验人员能在这场核爆中幸存呢?就这样,Cowan 和 Reines似乎陷入困境,但事情很快有了转机。正好在那个时期,一种叫中子俘获的探测手段开始成熟,具体来说就是利用核素A吸收掉一个中子产生高激发态的同位素B,然后B跃迁到基态并辐射一个gamma光子,这个过程的光子信号往往比前面提到的正负电子湮灭的要延迟一点点,所以实验上将首先看到湮灭的gamma光子信号,接着又看到个中子俘获的gamma光子信号,这种模式非常特别因此很容易被识别出来,因此可以与本底区分开来。
由于探测水平的提升,对初态反中微子的要求也就没那么苛刻了,他们可以把核爆产生替换成反应堆产生。核爆比反应堆好的原因是它是一瞬间释放很多反中微子,因此探测信号也是一个脉冲信号,这样更容易和本底噪声区分开来。现在替换成了更为温和的反应堆,尽管中微子一次没法产生很多,但是也有它的好处,那就是反应堆可以持续地运作好多年,因此可以累计更多的实验数据。他们为这个实验计划取了个有趣的名字,叫 Project Poltergeist (灵骚计划),Poltergeist是鬼魂和幽灵的意思,代表他们要探测的中微子是一种鬼魅般的粒子。不过我觉得这个名字或许在更早的核爆方案时可能就在考虑了,因为表示鬼魂的英文单词有很多,比如ghost,phantom,spooky等,但他们偏偏找了 Poltergeist 这样一个从德语来的词。实际上 Poltergeist 不是一般的鬼魂,它在德语文化原本是指喧闹鬼,这种鬼喜欢到处搞破坏,以及大吵大闹,一点也不像自闭症中微子的风格,反倒更像是核爆的风格。可以想象,如果他们最终实行的是核爆方案,那么 Project Poltergeist 将是一个漂亮的双关。
1956年6月14日,Cowan 和 Reines 给泡利发了一封电报,内容为:“ 我们很高兴地通知您,我们探测到了核裂变反应中产生的中微子... ”。后来他们俩一同分享了1995年的诺贝尔物理学奖。
稍微拉回到我们的地下探险之旅吧。来到地下后,秦老师就带我们径直来到实验大厅(下图1),进去前我们需要在洁净室吹风把身上的无机物灰尘尽可能地吹掉,因为无机物中很容易残留一些放射性物质,它们会给实验带来额外的本底噪声。大厅中央就是一个巨大的球形不锈钢结构(下图2),不锈钢球包裹着安装到一半的有机玻璃球。为了防尘,已经安装好的有机玻璃上半球被白色的布遮起来了所以看不到,但可以想象一下它们目前的状态类似于太乐巴戈斯的太晶形态(下图3)。
对于上图2的巨大球形探测器,结合图4的示意图可以看到,包裹在不锈钢支架内的有机玻璃球直径是35.4m,所以内部容积大概是23000+立方米(两千三百万升)。注意上图2中球面上有一圈一圈的细圆环,它们是磁线圈,将来运行的时候会通电产生磁场来抵消地磁场对探测器的影响。有机玻璃球的内表面比较掉san值,长满了密密麻麻的“眼睛”:光电倍增管(PMT),其作用是放大接收到的光信号。有机玻璃球的内表面安装了17612个20英吋的PMT和25600个3英吋的PMT,3英吋的是用来填补20英吋之间的空隙的,这样可以更有效地利用整个球的表面积,提高探测的效率。可惜已经安装好的部分被遮挡起来了,我们无法拍到它们密布在有机玻璃球上的样子,只能用下面这两个日本超级神冈实验(Super-Kamiokande)的图感受一下了。Super-K是一个圆柱形的巨大水箱,里面装的是5万吨超纯水用于和中微子反应。圆柱体的内表面布满了PMT,由于整个水箱实在太高了,所以安装PMT的时候是在水箱中灌水,然后工程人员坐皮划艇在露出水面的墙壁装上PMT,接着再放水降低水位安装下面一圈,以此类推直到最终放完了水把最底层的给安装了。
说起来,Super-K是1996年4月开始运行的,而同一年的7月,日本小学馆有一部叫《名侦探柯南》的漫画发行了单行本第11卷,里面有这样一个案件:一个寺庙的住持被发现吊死在了一个非常高的屋子的横梁上,一般人绝对不可能跑到这么高的地方去把一个人吊死的,莫非这是传说中的雾天狗干的?!柯南注意到,这个房间的横梁边上有一个窗口,窗外正好有一个瀑布,后来他还在杂物房里找到了一艘皮划艇。。。现在根据这些信息,你知道作案手法了吗?请回答凶手有可能是什么人:A. 雾天狗 B. 曾经研究中微子后来出家当和尚的物理学博士。
回到我们的JUNO实验,国产20英吋的PMT就是下图中的样子。过去这么大尺寸的光电倍增管只有日本的滨松光子学公司能够生产,全世界都要和他们买,而且价格非常非常贵,可以说实验的很大一部分成本就是它了。在中科院高能所和北方夜视的合作研发时攻克了技术困难,终于造出并量产了国产的20英吋的PMT。现在JUNO上使用的大部分都是国产的20英吋PMT了,我打听了下价格,即便是国产的,一个20英吋PMT的单价依然要2万元人民币。其实JUNO使用的合计20000多个20英吋PMT也有少部分是和滨松买的,因为他们的产品在某些参数上更有优势,但是由于我们已经有国产的竞品了,滨松卖我们的也降价到了和国产一样的价格,所以买他们的那部分也不会多花钱。
JUNO实验用的PMT的玻璃罩用了双层的保护结构,因为过去日本的super-K曾发生过PMT连环爆破的情况,不仅多花了更多的钱,而且还导致实验一度延误好几年。事故的原因是部分PMT在水中发生了爆炸(因为PMT内部是真空,与外部的水之间有很大压强差),然后引发的冲击波又炸了周围的其他PMT,周围的PMT又爆炸就又触发了周围的爆炸,就像链式反应一样。有了super-K的血的教训,JUNO的PMT多搞了一层保护。据说这层保护的作用主要是防止炸的时候产生冲击波,这样即使炸了一两个,也不会连累到其他的。
江门中微子实验和 Cowan-Reines 的实验一样,也是探测反应堆产生的反中微子的实验,但和科学目标已经完全不同,实际上它探测的是中微子的振荡现象,然后根据振荡的模式判断三代中微子的质量顺序。这里涉及到两个问题,一个是“中微子的振荡现象”,它的发现历史也很有趣。我们已经知道,中微子在核反应中会被大量产生,而自然界就有一个天然的大功率核反应堆,而且它还是个聚变反应堆,那就是太阳。下图是太阳内部的聚变反应链,我们可以看到中间的许多过程都会产生中微子(ν_e)。如果和光子做对比,太阳核心中产生的光子平均大概需要一万年左右才能挣脱内部的等离子体环境跑到太阳外面,而中微子则没有这个烦恼,它们和太阳内部的东西反应很弱,所以几乎一被产生就能飞出来然后一部分就到达地球被我们探测到。然而当年Davis在做太阳中微子探测实验时却发现了奇怪的事情,那就是探测到的太阳中微子的流强似乎只有理论预言的1/3左右,这被称作太阳中微子消失之谜。
为了解释太阳中微子消失之谜,物理学界又一次走到了命运的分叉口。一派人认为是太阳模型有问题,毕竟没人真的进去太阳内部做过实验,纯靠核物理以及外部的光学测量堆砌出的太阳模型有问题也不奇怪。那么如果根据中微子的测量结果去反推的话,应该是太阳内部的核反应比我们设想的要弱很多,或者说太阳实际上比我们以为的要老很多,在不久的将来太阳可能就要完蛋了。没错,按照这个节奏走下去,就是《流浪地球》的世界线了。
不知道大家看《流浪地球2》的时候有没有注意到最后的一个细节,就是周喆直的部下拿了个平板给他,跟他汇报一个叫DUDE的中微子实验的结果(见下图1电影截图)。这个DUDE的原型应该就是美国正在建的“沙丘”实验(DUNE),它由两个部分组成,一个是在费米实验室的加速器,负责打靶产生中微子。另一个部分是距离源1300公里的中微子探测器(见下图2的示意图),探测器是一个装着70000吨液氩的大水箱。可以想象,在电影里DUDE实验的用途之一是通过测量太阳中微子来几乎实时监控太阳内部的核反应进程,这对面临氦闪危机的地球来说应该相当重要吧。比较可惜的是电影里没有提到咱们的JUNO实验,以及日本在建中的Hyper-K。这三大实验应该是接下来几十年里中微子研究的三神器(是不是还漏了个南极地下的什么?)。
太阳中微子之谜的另一个解决路线就是中微子振荡,这也就是现实世界中的True route。根据粒子物理的标准模型,中微子是有三种不同的种类的,分别叫电子型中微子、缪子型中微子和陶子型中微子(以及它们的反粒子),而太阳的核反应中产生的就是反-电子型中微子。物理学家Pontecorvo提出,反-电子型中微子被产生之后会在飞行的过程中转化为了其他类型的中微子,到达地球的时候只有1/3的流强是反-电子型中微子,其余的2/3是其他类型的,所以我们只能看到1/3。
你可能会问,那为什么地球上的探测器看不到其他类型的中微子呢,它是瞎了吗?其实原因很简单,如果传统的探测器要测量反-缪子型中微子,那么就要利用反-缪子型中微子与质子反应,产物就是中子+一个正缪子(缪子的反粒子)。然而,由于太阳中微子的能量只有MeV量级,但末态的正缪子光是静质量的能量就高达100多MeV,所以能量守恒是禁止这种过程发生的,于是反-缪子型中微子就这么径直飞过探测器,你当然也就什么都看不到了。对于反-陶子型中微子也是同理。
探测来自太阳的反-缪子型中微子和反-陶子型中微子似乎变得几乎不可能,但世上就是有天才能够在不可能中找到出路。上面提到的逆beta衰变型反应过程都是所谓的带电流相互作用,这类相互作用在反应时总是会发生粒子的电荷变化,比如质子变成了中子,反中微子变成正电子或正缪子之类的。但自然界中还存在一种名为中性流的弱相互作用,正如其名,它不会改变粒子的类型,入射的是啥反中微子,出去的几乎还是该种类的反中微子,而不是正电子或正缪子。但问题似乎又回到了原点,出来的如果还是中微子,而且它一般来说还带走了大部分的能量,那么你要探测什么才知道它曾经来过呢?美籍华人物理学家陈华生意识到,可以用重水里的氘核来探测这种中性流反应啊!我们知道,氢有两个同位素,一个是氘,一个是氚,其中氘在通常情况下是稳定的,它的质子和中子会稳稳绑在一起。但是在(反)中微子和氘通过中性流相互作用发生散射的时候,氘中的质子和中子就有可能分开来,而分开所需要的这个能量差(束缚能)是2MeV左右,正好可以由太阳中微子(无论哪种类型)提供啊。相当于本来质子和中子用胶水粘在了一起,中微子跑过来消耗了一点体力踹了一脚把它们踢开了。被踹出来的中子可以通过中子捕获过程产生gamma光子,于是就可以被探测到了。更重要的这个反应过程对每个类型的中微子都是普适的,因此三种类型信号的都能探测到。
陈华生的这个想法非常完美,唯一的问题就是太费钱。氘是一种非常稀有的同位素,而按照中微子实验的一贯风格又需要非常多的重水,该上哪去能搞来那么多重水呢?。。。还真有,那就是加拿大。加拿大的核电站采用的是重水铀反应堆,其中重水起到中子减速剂的作用。他们和加拿大的核电站方谈了实验设想后,对方就很豪爽地不要钱把1000吨重水借给他们做实验了(据说是象征性收了1美元,而借出的重水价值2.5亿美元)。于是,他们在加拿大找了个据说世界上最深的矿洞(地下2.1公里),在里面搞了个球形的重水探测器,称作SNO实验。由于可以探测全种类的中微子,所以后来SNO如人们所愿证实了三种中微子之间会振荡转换。
遗憾的是,陈华生在提出他的实验方案后没几年就英年早逝(享年45岁),而他的继任者,麦当劳(Arthur Bruce McDonald)则于2015年与日本主持Super-K的梶田隆章分享了诺贝尔物理学奖。
以下一段是中微子振荡的物理根源解释,没兴趣就跳过吧。
三类中微子的振荡现象的根源在于它们的规范相互作用本征态与质量本征态不同,规范相互作用本征态就是我们前面说的(电子型中微子,缪子型中微子,陶子型中微子)态,通常在核反应或者其他物理过程中产生的中微子都处于这个本征态。然而在规范相互作用本征态下,中微子的质量矩阵却不是对角的,两种本征态之间相差一个幺正变换。在量子力学中经常见到类似的情况,两个观测量算符之间不对易,因此无法具有共同本征态,比如粒子动量和位置。好玩的地方来了,粒子在自由运动的过程中,它们的波函数相位是与它们的质量本征值有关的。因此在太阳的核反应中产生的电子型中微子,可以看成三种不同质量本征值的中微子的线性叠加态,然后当它开始自由地飞行时,不同质量本征值的中微子的相位开始错位发展,当它们到达地球时,三个质量本征态的中微子之间的相对相位和它们出发时是不同的,因此它们已经无法完全叠加出和一开始一样的电子型中微子态了。不过线性代数告诉我们,无论你的相位怎么错位,我们总还是能够把最终态投影到各个不同的规范相互作用本征态上,结果就是看到的电子型中微子少了,而其他类型的中微子多了。
反电子型中微子从台山和阳江两个核电站的反应堆中产生后,会向四面八方飞出去,一部分就会飞行53公里的距离来到JUNO的探测器。然而,一部分的反电子型中微子会在飞行的过程中转变为反缪子型和反陶子型中微子,而JUNO的探测器中的液体闪烁体只能探测反电子型中微子,因此探测器中看到的反中微子流强就比较刚从反应堆出发时产生的反中微子流强要小。根据过去的实验(包括大亚湾实验)对中微子振荡参数的测量可以计算出,大约就在反中微子飞行50公里左右的距离时消失的程度最大,对应的是下图中振荡的曲线的最低点处附近。这也是为什么JUNO实验选了53km左右这个距离,可不是乱选的,是有备而来。
巨大的有机玻璃球内部灌满了所谓的液体闪烁体(简称液闪),其成分是掺钆的直链烷基苯,在室温下为无色透明油状液体。过去的实验采用的液闪是偏三甲苯,但它对有机玻璃的伤害比较大,后来加拿大的SNO实验使用的烷基苯经过测试发现效果更好,所以从大亚湾实验开始,我们就选择了烷基苯作为液闪的主要成分。制备液闪的实验室就在这个大厅的附近不远处,我们也进去参观了一下(见下图1、2)。在液闪储存及处理间中制备出来的纯化液闪最终会通过一些小水管泵入有机玻璃球中。灌注的流程也是有讲究的,首先有机玻璃球的内外同时从底部灌入超纯水,这样有机玻璃的内外侧不会有巨大的压强差(回忆一下雾天狗杀人事件的那个凶案房间)。灌满水后,再从有机玻璃球的顶部的开口处接上灌注液闪的小管道,然后用水泵把有机玻璃球内部的水从底部抽走,这样液闪就自然地从顶部吸进去。由于液闪的主要成分是油状的,所以它们不会和水混合,而且由于液闪的密度略小于水,所以它们始终浮在水的上方。最终只要泵把球里的水抽完并还溢出一些油,就保证了球内灌满了液闪。另外,由于液闪和水有密度差,此时整个有机玻璃球会承受来自其外部的纯水的约3000吨的浮力,所以需要有一个不锈钢外骨骼把有机玻璃球固定住。
当反中微子飞过有机玻璃球内部时,有很小的概率与里面的液闪中的质子发生反应(和Cowan-Reines实验的反应类似),然后产生中子和正电子,探测原理我们已经在前面介绍过了。但你可能会疑问,那有机玻璃球外部的超纯水是干什么用的?实际上,它们是所谓的反符合探测器,就是当有比较高能的宇宙射线穿透到了地下来的时候,它们往往会带来比较大的本底噪声,因此最好是能把这些本底识别出来,然后把由它引发的事例排除掉。那么要如何识别它们呢?那就是看它们在纯水中产生的切伦科夫光。根据小学二年级时学过的电动力学,当带电粒子以超过介质内光速的速度运动时,就会在介质中产生切伦科夫辐射,看起来大概是淡淡的蓝色的。如果在球的外表面装上一些PMT,就可以探测球外的纯水中发出的切伦科夫光了,于是就可以认为这是一起高能宇宙射线引起的事例,那么同一时间段内在球中探测到的信号也应该判定为是宇宙射线引起的。当然球外的超纯水也可做其他的用途,比如当成和神冈实验类似的太阳中微子探测器。
最后简单介绍一下JUNO实验的主要实验目标吧,那就是探测中微子的 质量顺序 。为了方便说明,不妨假设中微子的三个质量本征态分别为|1>, |2>, |3>。通过中微子的振荡现象,人们已经可以确定中微子至少有两种质量本征态具有不同的非零质量,而且根据这些振荡实验人们还能测出中|2>的质量平方比|1>的质量平方大概多了7.5*10^{-5}eV^2左右,还知道|3>和|1>之间的质量平方差的绝对值是2.5*10^{-3}eV^2左右,但还无法确定|1>, |2>, |3>之间正确的质量大小顺序,如下图所示,存在两种可能性:(a)正序,也就是 |1>, |2>, |3>依次变重;(b) 逆序,也就是|3>,|1>, |2>依次变重。
如果想要探测质量顺序,就需要看到中微子振动消失曲线中的更细致的振荡,而这就是JUNO所要做的。下图是关于两种质量顺序对应的振荡模式在反应堆实验中的表现,蓝色是正序的,红色是逆序的。如果能够看到这种细致的振荡差异,再对波形做傅立叶分析就可以分辨出实验中看到的是哪种质量顺序了。
最后我们还去了实验大厅的下层,从底部仰视建设中的球体内部(见下图),可以看到四根可以升降移动的蓝色钢柱在建设过程中支撑着整个探测器。我们参观的时候不锈钢球支架的底部还没完全封起来了,因为后面还要在底面进行一些作业,比如铺设一个反光的布啊,清洁啊等等。最终把底部封起来,然后有机玻璃球也安装到底部封起来后就差不多可以开始注水了,注水前会把实验大厅下层的唯一出入口给封死以免漏水。
整个JUNO实验的预算我也打听了一下,大概20亿来自高能所的支持,2亿来自国外合作单位的支持,然后5亿来自广东省的支持,合计约27亿人民币。要知道JUNO不仅是一个很有挑战性的大基础科学实验,而且还是个很有挑战性的大工程项目,整个项目还推动了许多技术(比如大尺寸PMT)的国产化,我觉得27个亿还是挺值的,大家觉得呢?
JUNO和中微子大概就介绍这些吧,最后以实验区的石碑作为结尾吧。
评论区
共 11 条评论热门最新