11月19日,江门中微子实验(JUNO)的首个物理成果发布。通过对今年8月26日至11月2日共59天有效数据的分析,JUNO合作组测量了两个“太阳中微子振荡参数”,精度超过此前所有实验联合精度的约1.6倍。这标志着JUNO实验这一国际瞩目的科学工程进入了新的研究阶段。当天,上海交通大学物理与天文学院围绕JUNO的首个物理成果,举办学术报告会,由JUNO合作组成员、交大孟月教授和黄俊挺教授主讲。
经过国际合作组十余年的设计和建设,JUNO成为国际上首个建成的新一代超大规模、超高精度的中微子实验装置。JUNO在运行期间首批获取的数据显示,其探测器关键性能指标全面达到或超越设计预期,表明JUNO已准备好开展中微子物理前沿研究。
这两个振荡参数最初是通过太阳中微子所测定,但也可以通过反应堆中微子精确测定。此前这两种方法对质量平方差的测量结果有大约1.5倍标准偏差的不一致,被称为“太阳中微子偏差”,暗示着可能有新物理。此次江门中微子实验通过反应堆中微子证实了这个偏差。未来,仅由JUNO实验就能通过同时测量太阳中微子和反应堆中微子来证实或证伪该偏差。相关论文已于11月18日提交期刊并在预印本网站arXiv发布。
JUNO是我国主导的重大国际合作项目,成员涵盖来自17个国家和地区、75个科研机构的700多名研究人员。实验由中国科学院高能物理研究所于2008年提出构想。2021年12月完成实验室建设并开始探测器安装,2024年12月探测器完成建设并开始灌注超纯水与液体闪烁体。2025年8月26日完成液体闪烁体灌注并正式运行取数。

JUNO研发团队历经多年攻关,在高探测效率光电倍增管、超高透明度液体闪烁体、超低本底材料和精密刻度系统等核心领域实现重大突破。JUNO的核心探测器为有效质量达2万吨的液体闪烁体探测器,安置于地下实验大厅44米深的水池中央。直径41.1米的不锈钢网壳作为主支撑结构,承载了包括35.4米直径的有机玻璃球、两万吨液体闪烁体、两万只20英寸光电倍增管、两万五千只3英寸光电倍增管以及前端电子学、电缆、防磁线圈和隔光板等众多关键部件,共同构建起超高灵敏度的中微子探测系统。
凭借其超高探测灵敏度,JUNO除了聚焦中微子质量顺序这一核心目标,还将精确测量中微子振荡参数,开展对太阳、超新星、大气及地球中微子的研究,并寻找超出粒子物理标准模型的新物理。JUNO的设计使用寿命为30年,可升级改造为世界最灵敏的无中微子双贝塔衰变实验,以检验中微子是否为自身的反粒子,并探测中微子的绝对质量。
上海交通大学于2013年作为初始单位之一参加了JUNO实验。上海交大团队由刘江来、孟月、徐东莲和黄俊挺教授等共20多名成员组成,在多项关键环节发挥重要作用,包括关键子系统的研发、调试与验证,及实验早期数据分析。
“理解中微子的基本性质可以帮助我们揭开宇宙的奥秘。”刘江来教授表示。“我们也期待由上海交大牵头的PandaX实验和海铃中微子望远镜与JUNO实验相辅相成,在中微子领域持续取得进展和突破。”
(中国日报上海分社 记者 周文婷)