中國建造超大玻璃球求解幽靈粒子之謎

注册领取体验金老虎机它們可以直接穿過劇烈“燃燒”的恒星內部而不被吞噬,成為人類了解恒星中心核反應過程的媒介;它們在宇宙誕生之初就已存在,且不像光子在宇宙大爆炸38萬年之后才結束和其他粒子相互作用開始傳播,所以也是研究宇宙最早期歷史的載體。

科研人員在有機玻璃球里注入透明的特制液體——液體閃爍體(簡稱“液閃”),當中微子穿過球體時,會有一定的幾率和液體里密布的氫核發生反應。每一次反應產生一個正電子和一個中子,正電子隨即湮滅釋放出一個快信號,中子則在反復碰撞后被其他氫核吸收并釋放出一個慢信號。一前一后兩次閃爍,就透露了中微子的行蹤。

但是,較長的距離也會造成中微子流的“稀釋”,就好比放煙花,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閃探測器——日本的KamLAND探測器還要大20倍,后者注入了1000噸液閃,而JUNO要容納兩萬噸液閃,才能盡可能多地“俘獲”中微子。

在注入玻璃球前,為了清除運輸過程帶來的污染,科研人員還要把液體又“洗”又“蒸”:用三氧化二鋁過濾,吸附雜質;蒸餾,去除光學干擾和天然放射性;往液體里加兩種發光物質,再用超純水洗一遍;最后,進行蒸汽剝離和水萃取。

20英寸光電倍增管制造難度很大,其中15000個由國內研發生產。“最初,JUNO打算全部從國外采購,但當時只有日本一家公司生產,光這一項就要花費整個項目40%的經費,而且信號收集效率也達不到要求。于是,我們決定自主研發。”JUNO光電器件性能標定實驗室的朱瑤回憶說。

“光子進入光電倍增管,會被轉化成電子,經過微通道板多次倍增后,一個電子可以變成一千萬個電子,信號就被放大了。我們研發的微通道板,是將一根根直徑約6微米、細如發絲的玻璃管擠壓在一起,然后切片,不僅倍增效果好,收集效率高,還使生產成本降低了一半。”朱瑤說。