首个、首次、首台!大国重器再传好消息

2025-11-21 14:04  头条

JUNO用运行59天的数据,把太阳中微子振荡参数的测量精度提高到了此前最好的1.5到1.8倍。那天(11月19日)在江门地下700米的实验现场宣布了这个消息,发布会由中国科学院高能物理研究所主办,科研团队把这次阶段性的物理结果当作第一个公开成果来交代。

从地面往地下走的那段路有点像探险。先坐缆车沿斜井往下,大概15分钟,耳朵一直能听到鼓风机嗡嗡作响。出缆车门,走进去的空间比想象中大,光线也不暗--那就是装置所在的地方。选在这儿,一是离地面远,避免被日常活动、电子设备这些"噪声"干扰,二是便于接收来自太阳、地球内部、超新星等不同来源的中微子信号。工程上的这些布局,不是随便选的,是为了把"背景污染"尽量压低,好把那种几乎瞬间穿透一切的幽灵粒子好好看清楚。

说说成果本身。JUNO是国际上投用的几台新一代大型中微子探测器里很重要的一个。用不到两个月的数据就能从太阳来的中微子里提取出跟"振荡"有关的两个关键数字,还把测量的不确定性砍得更小,这点挺不容易的。这里的重点不是为了吹数据少就厉害,而是把太阳中微子信息的精确度往上抬,让长期存在的那些测量差别有了更清晰的检验手段。

两个最基本的问题:JUNO到底想搞清楚啥?普通人关心吗?团队给的解释很直白。王贻芳是JUNO合作组发言人,也是中国科学院高能物理研究所的院士,他把中微子称作"幽灵粒子"--穿透力强,能穿过地球但又难捉摸,恰恰因为难被打扰,它能带来宇宙早期的一些信息。曹俊是所在所长,他把任务讲得更具体一些:一个是弄清三类中微子的质量顺序(哪个更重哪个更轻),另一个是把振荡参数量得更准。除此之外,JUNO还能同时对太阳中微子、地球中微子、超新星中微子、大气中微子做交叉研究,甚至参与寻找质子衰变的证据这类长期目标。

要知道为什么这些看起来抽象的事重要,得退一步讲宇宙历史。专家说,宇宙早期有一些极小的"密度波动",这些微小的差别后来被放大,长成星系、恒星,最后才有生命出现。如果中微子没有质量,它们会像光一样四处飞,把这些早期的微小不平整抹平掉。正因为它们有一点点质量,速度没那么快,这些"种子"得以保留下来并被引力放大,才有了后来的结构。换句话说,中微子哪怕轻得看不见,它们的存在方式跟我们今天能不能出现有着意想不到的联系。听起来玄,但从宇宙学角度确实不是边角料。

再把话题拉回振荡参数。振荡参数就是用来描述中微子在三种"味"之间互相变换的规律的数字。把这些数字量准了,很多后续的问题就能更有底气去判断。举个例子:有没有可能中微子就是它自己的反粒子?这看上去像理论题,但它关系到物质和反物质为什么不对等,这直接牵涉到我们为什么能存在。要回答这种问题,振荡参数得非常精准。如果这些参数还大幅不确定,科学家就得再开很多针对性实验,可能要耗上十年甚至更久,投入也不小。

过去对同一个参数的测量,主要来自两种路径:一种是看太阳发出来的中微子,另一种是用核反应堆产生的反中微子。两路数据各有长短,但在某个质量差的测量上,曾出现过大约1.5倍标准差的分歧。这种分歧可能只是系统误差,也可能暗示着我们不知道的新物理。JUNO这次用太阳中微子数据给出的结果,能在更高精度下去检验这种不一致到底是误差还是真信号。

讲到数据和操作,事情更复杂。团队不是把信号捞出来就往外说话。JUNO在地下的环境控制、探测器长期稳定性、背景噪声的压制、光学和电子学系统的细致校准,这些都是把测量精度往下压的必需活儿。现场能听到的那些细节--鼓风机的安放、温控、屏蔽设计--不是摆设,是把干扰一点点削掉的手段。数据链路从地面到地下一环接一环,版本管理做得细,分析代码、校准数据、背景模型都有严格验证,才让团队能从59天的运行里剥离出可靠的信号,并把误差控制在较低水平。

还有交叉验证的好处。JUNO的设计允许在同一个平台上对比不同来源的中微子信号,这点很关键。比如把太阳中微子得到的参数和反应堆中微子得到的参数并起来看:是不是一致?若一致,说明不同路径的系统误差都小;若不一致,那问题就变得更有意思,不只是各自的设备问题,可能有新的物理在作怪。把不同实验放到同一台"秤"上称,这比单纯把数字做得多好多位更重要。

科学家们也不把这次阶段性成果当终点。曹俊提到,精确的参数能把很多模糊问题变得更清楚,也能在检验标准模型以外的"新物理"上提供有力的数据支持。数据够好,某些长期轮回做重复性实验的浪费就能减少,研究方向也能更有效率。

在国际合作层面,JUNO本来就是个大项目,参与的既有国内单位也有国外团队。这次公开数据,既是向公众交代进展,也是给国际同行一个可比的点,利于大家互相比对经验,快速发现并纠正潜在的系统偏差。大科学装置的效率提升,常常靠这种公开透明和同行互查。

再说一点贴地气的:有人会问,这玩意儿跟我吃饭、坐车啥关系。短期看,基础研究对生活影响不直观,但长远看,很多看似没用的基础发现都会催生改变世界的技术。电学早期没人知道用途,但后来把人类生活翻了个底朝天。中微子研究现在主要是"弄明白为先",未来不排除会带出意想不到的技术或方法论。

发布会当天,研究组把主要的不确定度来源列出来,让同行一目了然改进空间在哪里。透明度是推动领域前进的一个现实手段。工程上、观测上、理论上以及国际协作上各方合力,才促成了这次在短时间里把关键参数精度显著提升的结果。团队还在继续收集更多数据,完善分析流程,希望把这个方向推得更稳更远。