China’s ‘ghost particle’ machine rewriting our understanding of the universe

在中国一座未来主义的地下天文台，粒子物理学家希望通过研究中微子，揭开科学的最大秘密

山坡深处的一个球体将受到中微子的轰击，由全球科学家团队进行测量

2025年9月16日星期二，下午6点15分（英国夏令时），《泰晤士报》

它们有时被称为“幽灵粒子”，因为它们如此神秘。任何不知道亚原子中微子是什么或它们如何运作的人都可以放心了：到目前为止，即使是世界上最聪明的人也对此不太确定。

但如果中国科学院的王贻芳、来自世界各地的 700 名物理学家合作者以及深埋在郁郁葱葱的绿色山坡下的一个充满液体的巨大球体能够成功，这种情况很快就会改变。

截至目前，球体内部装有2万吨被称为“液体闪烁体”的物质，正持续受到来自两座等距相邻核电站穿过地面的中微子的轰击。球体是一个薄如芯片的丙烯酸泡沫，内部则被包裹在一个装有4.5万吨纯水的 保护性圆柱体中。

可以通过山坡上 1000 米深的通道参观江门的地下巢穴

新华社/ALAMY

这些中微子与闪烁体中的质子碰撞，以每天约50次的频率释放出微小但可记录的闪光。世界各地的物理学家团队正在远程监测、测量中微子的质量并对其进行排序。中微子有三种“类型”，其性质和等级对于理解宇宙的构成要素至关重要。

“我们即将了解中微子质量的层级结构，”王教授略带兴奋地告诉《泰晤士报》。“通过了解这一点，我们可以建立粒子物理学、中微子物理学和宇宙学的模型。”

亚原子粒子的本质与宇宙的本质和历史等重大问题之间的联系众所周知，尽管难以解释。“这与我们对宇宙的理解息息相关，”王补充道。

他说的“很快”指的是六年。按照每天50次的速度，六年就能产生所需的10万次“闪光”，从而获得具有统计意义的读数。它的精度令人满意，王相信实验不会失败。

中微子是物质的三种亚原子“构造块”之一，另外两种是夸克（有六种类型）和带电轻子（也有三种类型）。

与粒子物理学的许多发现一样，中微子的存在早在实验证明其存在的几年前就已被假设。

正在建设中的江门地下中微子观测站（JUNO）中心探测器

邱新生/VCG VIA GETTY IMAGES

事实上，1930年预言了这些粒子的奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利（Wolfgang Pauli）为他的发现道歉，他说：“我做了一件可怕的事情。我假设了一种无法探测到的粒子。”他用一箱香槟打赌说，没有人能探测到这种粒子。

二十五年后，泡利输掉了这场赌注。但王的液体闪烁体和丙烯酸球——上个月在中国南方广东省启用的设施的核心——是同一过程的另一种迭代，旨在证明物理学家已经得出但尚未实际观察到的结论。

江门地下中微子观测站（简称“朱诺”）将对来自阳江和台山两座核电站的中微子进行受控测量。两座核电站相距53公里，而江门是理想的地点——它需要等距，但又需要有一座山可以埋藏。

中微子来自太阳射线、宇宙射线、核裂变和爆炸的超新星，不受物质阻挡，在宇宙中肆虐，自由穿过地球，甚至穿过生活在地球上的人类——因此被称为“幽灵粒子”。

泡利认为它们根本没有质量，但发现它们有三种形式——电子、μ 子和 τ 子——改变了这一理论。

分析这些形式如何相互作用——特别是它们如何从一种形式振荡到另一种形式——应该能为亚原子世界的许多最大秘密提供线索，例如“物质”与“反物质”的关系，以及为什么物质比平衡反物质更多的未解问题。

工人将光电倍增管安装到中微子探测器上

JADE GAO/法新社/盖蒂图片社

与反物质概念的联系，以及亚原子粒子对我们理解黑洞和超新星或爆炸恒星的宇宙学意义，在过去给该领域的研究带来了轰动效应。

2008 年，当粒子物理研究领域的庞然大物——欧洲核子研究中心大型强子对撞机在日内瓦郊外投入使用时，其科学家们不得不向兴奋的记者保证，它不会引发吞噬地球乃至整个银河系的巨大黑洞。

美国阴谋论者目前手头上还有许多其他工作要做，这或许是件好事。江门那座充满未来感、詹姆斯·邦德风格的地下巢穴，可以通过一条凿入山坡1000米的通道进入，与中国两座核电站形成一个三角形，这将是一个不容忽视的精彩剧情转折。

但事实上，合作才是游戏的名称，而不是当今中国与西方关系中最显著的国际竞争。

江门中微子项目是中国另一个中微子项目的后续项目，该项目位于广东东部的大亚湾，美国科学家也参与其中。

美国并未参与江门项目，但合作伙伴仍然来自俄罗斯、欧洲以及英国华威大学等地。美国和日本正在建设另外两个中微子研究项目，分别针对这些神秘粒子的疑问展开研究。

该项目建设成本为 3 亿美元，远低于美国和日本的类似项目

新华社/ALAMY

中国在实验物理学领域占据领先地位已不再令人意外。随着中国经济的增长，基础研究的资金投入也随之增加，而中国的教育体系长期以来也高度重视数学和科学。

但与此同时，在中微子测量和纺织品制造方面，中国仍然具有成本优势。

“中国的土木工程仍然很便宜，”王说。朱诺号还拥有核电站，可以提供所需的中微子。“我们的实验便宜得多。”他说。“这就是我们说服资助机构的方法——这就是我们利用自身优势的方法。”

该项目耗资3亿美元。日本的中微子项目耗资约10亿美元，美国明尼苏达州的中微子项目耗资35亿美元。

在完成测量中微子振荡的工作后，该设备将进行升级并用于其他用途。首先，它将寻找另一个尚未证实的理论的证据，即无中微子双β衰变。该理论令人困惑地假设中微子是它们自己的反粒子。

或许更令人兴奋的是，它有可能用来测量超新星——如果在该设施30年的使用寿命内发现超新星的话。自从300年前中国天文学家发现现在被认为是超新星的那颗超新星以来，银河系就再也没有出现过超新星，所以现在是时候发现一颗了。

王说：“在我们银河系，每100年应该会出现一次中微子；而我们已经有300年没遇到过一次了。” 鉴于超新星99%的能量都是以中微子的形式传输的，朱诺号将有很多可以利用的资源。