地底埋着个“大家伙”,要解开物理学最难的那道题?
<p>JUNO——这座埋在中国地下700米深处的巨型中微子探测器,刚刚公布了首批重要探测成果。说真的,这次的发现相当震撼,说不定能帮我们解开宇宙运作方式的一些最根本的谜题。</p>
地下700米深处,有一群科学家在追踪宇宙的"幽灵"
你有没有想过,在地球另一端,一群科学家正躲在地下几百米深的地方,用一个装满液体的巨大球体,去捕捉几乎不存在的粒子?
这听起来像科幻小说,但这是真的。
中微子到底是什么?
好,让我从头说起。
我们身边有一种神奇的粒子,叫做中微子。它是物质世界的基本组成单元,跟质子、中子、电子是同一级别的存在。但这家伙太特殊了。
首先,它不带电。其次,它轻得离谱——我们到现在都没搞清楚它到底有多轻,因为它的质量来源可能藏着一个我们还没发现的物理机制。最离谱的是,它几乎不跟任何东西产生互动。
说个具体的:你现在正在看这篇文章,而此时此刻,来自太阳的数以万亿计的中微子正在穿过你的身体。穿过墙壁,穿过整颗地球。但它们连一个原子都不会撞到。
就像你想用捕虫网去抓鬼。
JUNO来了
这就是JUNO登场的原因。
JUNO,全称是江门中微子实验装置,就埋在中国南方一座山的底下。它的核心是一个装了两万吨特殊液体的探测器。只要有粒子从里面穿过,这液体就会发光。
最近,JUNO团队发布了他们的第一批重要成果。
只用了59天的数据,他们就测量出了中微子的两个基本性质,精度之高前所未有。比过去几十年所有实验加起来还精确1.6倍。
打个比方:这就像你以前猜一个人年龄能精确到10岁范围内,现在直接精确到6岁——只不过猜的对象是一个几乎不存在的亚原子粒子。
质量顺序为什么重要?
JUNO的核心目标之一,是搞清楚中微子的"质量顺序"。
目前科学家已经确认,中微子有三种类型。问题是:哪一种最重,哪一种最轻?这个顺序谁都不知道。
这重要吗?当然重要。
搞清楚中微子的质量,可能会帮助我们回答宇宙最深奥的问题:为什么宇宙里正物质比反物质多?为什么我们能存在?
《自然》杂志在报道中甚至说,JUNO的首批结果"标志着精密中微子振荡测量的新时代开启"。
诺贝尔奖得主阿瑟·麦克唐纳(JUNO团队的科学顾问)也给出了很高的评价:"JUNO达到了设计目标,实现了出色的辐射纯度、能量分辨率和探测器稳定性。"
这话从一个拿过诺贝尔奖的人嘴里说出来,分量不言而喻。
这套装置长什么样?
让我带你想象一下。
在地下700米深处,有一个直径大约35米的大丙烯酸球,里面装满了那种会发光的液体。这个球泡在一个44米深的水池里,整个结构又嵌套在一个巨大的不锈钢框架中。
球壳表面密密麻麻贴了超过45000个光电倍增管。这些管子干嘛用的?它们负责捕捉中微子与液体发生反应时产生的微弱闪光,然后把这些光信号转化成电信号,供科学家分析。
简单说,这就是一台给"不肯上镜"的粒子拍照的巨型相机。
跟我们普通人有啥关系?
我知道你在想什么:中微子?没听说过,跟我有什么关系?
其实吧,中微子无处不在。太阳核聚变产生它,超新星爆发产生它,地球内部也在产生它,甚至你吃的香蕉里因为有钾元素,也会产生少量中微子。
它们就像宇宙派来的信使,携带着宇宙中最剧烈、最神秘事件的信息。
研究它们,就是在试图理解宇宙运转的最底层规则。
而且你有没有觉得,人类为了窥探这些幽灵粒子,专门跑到地下挖个大坑,造个巨型球体,这种行为本身就挺浪漫的?
这是人类好奇心的最好证明。
后面会怎样?
JUNO已经稳定运行快九个月了。科学家预计今年夏天会公布更多结果。
再过几年,等数据积累够了,他们有望首次确定中微子的质量顺序。
如果那一天真的到来,这将是粒子物理学几十年来最重要的发现之一。
所以,盯紧JUNO吧。这些藏在暗处的安静粒子,也许正要开口说话。