【中微子】中国建造超大玻璃球求解“幽灵粒子”之谜( 二 ) JUNO|信号|液体|

但是，较长的距离也会造成中微子流的“稀释” ，就好比放烟花，火花四散，越往外密度越低。 JUNO比目前世界上最大的中微子液闪探测器——日本的KamLAND探测器还要大20倍，后者注入了1000吨液闪，而JUNO要容纳两万吨液闪，才能尽可能多地“俘获”中微子。

“探测器越大，捕捉到的信号就越多，数据量就越大，就越能看到别人所看不到的。 ”曹俊说。

根据设计方案， JUNO会由265块有机玻璃板现场组装而成，并被钢架固定在一个装有约4万吨纯净水的大池中。

这么大的玻璃球，给工程建设带来了挑战。江门中微子实验项目组先后请来几个知名力学团队帮忙设计，并搭建了专门实验室，测试有机玻璃的力学性能和老化情况，还造了一个直径3米的小球来验证计算和测试是否准确。

“经过实验证明无误后，我们才把这套算法用来设计大的探测器。我们要确保它能运行30年。 ”曹俊说。

为确保12层楼高大球的设计安全无误，科研人员先造出直径3米的小球，进行模拟实验。图为小球模型吊装。（中科院高能所供图）

“捕获”微光

仅仅把探测器造很大，还不够。中微子引发的闪烁非常微弱，肉眼无法看到。科研人员还要调配出极其透明的液闪，并在玻璃球外安装数万个光电倍增管，才能让微光“显形” 。

液闪主体为烷基苯，是洗衣粉的原材料。 “我们在南京找到了符合条件的厂家，生产出特制的液体，直接导入罐装车，运往南方的实验室。 ”曹俊说。

在注入玻璃球前，为了清除运输过程带来的污染，科研人员还要把液体又“洗”又“蒸”：用三氧化二铝过滤，吸附杂质；蒸馏，去除光学干扰和天然放射性；往液体里加两种发光物质，再用超纯水洗一遍；最后，进行蒸汽剥离和水萃取。

【中微子】中国建造超大玻璃球求解“幽灵粒子”之谜。“这可以说是世界上最透明的液体，多么微弱的光都可以透过。 ”曹俊说。

穿过液闪的光子，随即会被密布在球外的2万个20英寸光电倍增管和2万5千个3英寸光电倍增管“捕获” 。这些光电倍增管就像一只只凸起的眼睛，可以看到任何信号微澜。

科研人员正在测试光电倍增管性能。（中科院高能所供图）

20英寸光电倍增管制造难度很大，其中15000个由国内研发生产。 “最初， JUNO打算全部从国外采购，但当时只有日本一家公司生产，光这一项就要花费整个项目40%的经费，而且信号收集效率也达不到要求。于是，我们决定自主研发。 ”JUNO光电器件性能标定实验室的朱瑶回忆说。

从2009年成立至今，朱瑶所在的实验室奋斗了10年，钻研出一套和国外产品完全不同的技术方案。

“光子进入光电倍增管，会被转化成电子，经过微通道板多次倍增后，一个电子可以变成一千万个电子，信号就被放大了。我们研发的微通道板，是将一根根直径约6微米、细如发丝的玻璃管挤压在一起，然后切片，不仅倍增效果好，收集效率高，还使生产成本降低了一半。 ”朱瑶说。

未来，这些被放大的光电信号或许可以帮助科学家解开一个重要的谜题——中微子的质量顺序，即三种中微子哪个最重。

“中微子的质量顺序是自然界的基本参数之一，影响宇宙的演化进程。知道了质量顺序，可以为其他研究铺路。 ”曹俊说， “理论家一直试图建立统辖宇宙万物的大统一理论，质量顺序是检验这些理论是否正确的钥匙。 ”

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