為何要深入地下729米研究中微子?

1933年,意大利物理學家費米提出了β衰變的定量理論,指出自然界中除了已知的引力和電磁力以外,還有第三種相互作用—弱相互作用。β衰變就是核內一個中子通過弱相互作用衰變成一個電子、一個質子和一個中微子。他的理論定量地描述了β射線能譜連續(xù)和β衰變半衰期的規(guī)律,β能譜連續(xù)之謎終于解開了。此后中微子的存在就有了理論基礎。此后的20多年,逐步通過實驗儀器證實了中微子的存在,而中微子也被認為是構成宇宙的13種最基本的粒子之一。按照相對論,任何有靜止質量的物體都無法達到標準的光速,光子能到光速是因為光子沒有靜止質量。原本以為中微子也沒有靜止質量,但是后來才發(fā)現(xiàn)中微子有非常微弱的質量。只有電子的百萬分之一的級別。誰能完全測定幾種中微子的質量足夠獲得炸藥物理學獎。

中微子的最大特點是和普通物質的反應截面極小,也就是說幾乎沒有什么物質可以擋住中微子的穿透。像地球甚至太陽本身這種龐大的星體,中微子也是想穿透就隨意以近光速穿透。凡是發(fā)生核反應的物體都會發(fā)射中微子。太陽系中最大的中微子來源是太陽中微子,其次是來源于太陽系之外的中微子;而人造核反應堆也在發(fā)射中微子。每個人體在地球上的任何位置,任何每秒時間內,都會被數(shù)以萬億計的中微子自由穿過,對人體本身幾乎沒有任何作用。因此并不需要擔心在人造反應堆附近會有更多的中微子穿過人體。雖然太陽中心產生的中微子太多,宇宙中也有中微子穿過地球,但是距離都太遠,和試驗儀器反應產生的概率都很低,因此研究中微子最好是用人造反應堆中的人造中微子。

人造反應堆中產生的人造中微子其實都是反中微子。而反中微子本身就是中微子。這塊可能不好理解。但是卻是宇宙本源研究的重大課題。也就是中微子到底是不是馬約拉納(不是馬拉多納)費米子 。這個馬約拉納費米子被稱為是宇宙的真正本源,不論證實還是證偽,都是堪稱改變物理學基礎的重大發(fā)現(xiàn),炸藥獎是跑不了的。而研究反應堆發(fā)射的反中微子,最好不是單堆而是雙堆,這樣中微子可以相互衍射,研究距離也要合適,也就是測試設備和兩大反應堆群基本是呈現(xiàn)等邊三角形的狀態(tài),全球有這樣巧合條件的地方不多。不過在南方某市的一座巖石山下的729米的深度卻有一個。距離2個反應堆直線距離都是52公里。而中間恰好就只有這一座巖石山。瀚海狼山(匈奴狼山)認為也算是天然巧合。700米的巖石山基本可以完全屏蔽宇宙射線的干擾。

在700多米的地下,是一個直徑70米的巨大的地下大空洞。實驗大廳內的核心是一個直徑35米、重2萬噸,具有超高純凈度和國際最好能量精度的液體閃爍體中微子探測器。通過測量來自2個等距離核電站的中微子,束流強度可控,來測定中微子質量順序、精確測量中微子振蕩,同時開展對超新星中微子、大氣中微子、太陽中微子、地球中微子、惰性中微子、核子衰變、暗物質間接探測等前沿方向的研究。這是一個真正達到全球領先水平的,純粹前沿性質的巨型試驗裝置。說明即使是純科學性質的巨型工程,也越來越舍得投入!