地下700米“玻璃球”,如何捕捉神秘中微子?

   时间:2024-11-03 08:15 来源:天脉网作者:苏婉清

在中国广东江门的地下700米深处,一项世界级科学壮举已悄然落成——全球最大的单体有机玻璃球。这一直径达35.4米的巨型球体,不仅是江门中微子实验中心探测器的核心组件,更是人类探索宇宙奥秘的新里程碑。

在这巨大的玻璃球内部,密布着数以千计的“小灯泡”,它们在央视新闻的镜头下格外引人注目。然而,这些看似不起眼的“小灯泡”实则大有来头,它们是被称为“光电倍增管”的高科技装置,专门用于探测单个光子,是中微子探测任务中的关键角色。

光电倍增管,尽管外观上与日常所见的灯泡相似,但其科技含量与造价远超普通灯泡。每个20英寸的光电倍增管在国际市场上的售价高达3000美元。它们通过将入射光子转化为电子,并在倍增电场的作用下进行二次电子发射,从而实现光信号的放大,将微弱的光信号转换成强烈的电信号。

光电倍增管以其高灵敏度和快速响应的特点,在空间技术、考古、医学等多个领域得到了广泛应用。在江门中微子实验中,这些光电倍增管更是扮演着“火眼金睛”的角色,帮助科学家们捕捉到那些几乎无法察觉的中微子信号。

中微子,作为构成物质世界的基本粒子之一,其特性极为特殊。它们几乎不与物质相互作用,穿透力极强,因此被称为“幽灵粒子”。尽管中微子在我们的生活中无处不在,每秒钟有数十亿个中微子穿过人体,但我们却毫无察觉。科学家们为了探测这些难以捉摸的粒子,耗费了巨大的努力。

江门中微子实验正是为了捕捉这些神秘的中微子而设计的。然而,探测中微子绝非易事。现代的大型中微子实验往往需要数万吨的工作物质来“守株待兔”,即使如此,也只有极少数中微子能被探测器捕获。江门中微子实验每天仅能探测到数十个反应堆中微子和几个大气中微子,相比之下,作为本底的宇宙线数量则高达数十万个。

面对这一挑战,中国科学家选择了自主研发之路。在江门中微子实验动工之前,中国科学院高能物理研究所等科研机构就开始着手研制大尺寸光电倍增管。经过艰苦攻关,他们成功突破了多项关键技术,研制出了量子效率、收集效率和单光电子峰谷比等关键技术指标达到国际先进水平的样管。

这一成果不仅打破了日本公司在大尺寸光电倍增管制造领域的垄断地位,还大幅提升了国内企业在超大型电真空器件领域的创新能力和国际竞争力。如今,这些国产光电倍增管不仅用于江门中微子实验,还广泛应用于其他科研项目,如四川的高海拔宇宙线观测站LHAASO。

中国科学家和工程师们的这一壮举,不仅彰显了我国在高科技领域的实力,更为全球科学界和工业界树立了跨界合作的典范。这一成就不仅将推动中微子研究的发展,还将为未来的科技创新奠定坚实的基础。

 
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