江門中微子實驗（Jiangmen Underground Neutrino Observatory，簡稱JUNO），又稱江門地下中微子觀測站，是一項雄心勃勃的多用途中微子研究項目。該項目坐落于廣東省江門市開平市金雞鎮(zhèn)與赤水鎮(zhèn)交界處的打石山地區(qū)，旨在通過精密探測陽江和臺山核電站釋放的反應(yīng)堆中微子，深入探索超新星中微子、大氣中微子、太陽中微子及地球中微子的奧秘，同時開展奇異粒子搜索，精確測定中微子質(zhì)量等級及振蕩參數(shù)。

啟動與初期建設(shè)

2015年1月10日：繼大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗成功實施后，中國主導(dǎo)的第二個大型中微子實驗——江門中微子實驗，在廣東省江門市開平市金雞鎮(zhèn)正式拉開建設(shè)序幕。來自世界各地的近300名科學(xué)家齊聚一堂，共同見證了這一歷史性的時刻。2019年7月：項目進入地下實驗室開鑿的關(guān)鍵階段，標(biāo)志著實驗建設(shè)邁入新紀(jì)元。

中期進展與突破

2020年12月12日：隨著大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗裝置圓滿完成其科學(xué)使命并正式退役，江門中微子實驗被寄予厚望，預(yù)期將在不遠的未來揭開中微子質(zhì)量順序的神秘面紗。

2022年：項目取得多項重要進展，包括有機玻璃球安裝升降平臺的搭建完成，以及探測器雛形的初步顯現(xiàn)。特別是5月，地下700米實驗大廳內(nèi)的巨型“變形金剛塔”升降平臺頂升至38米，為后續(xù)有機玻璃球的安裝工作奠定了堅實基礎(chǔ)。

近期成就與未來規(guī)劃

2023年6月：地下探測器不銹鋼網(wǎng)架安裝完成，項目進入最后沖刺階段。

2024年：項目取得一系列里程碑式成就，包括中心探測器內(nèi)部世界最大單體有機玻璃球的全面建成，以及液體灌注工作的正式啟動。

預(yù)計至2025年，項目將全面建成并投入運行取數(shù)。此外，項目還計劃于2030年左右進行升級改造，成為世界最大的無中微子雙β衰變實驗裝置，進一步探索中微子的絕對質(zhì)量及其反粒子性質(zhì)。

探測器設(shè)計

江門中微子實驗的核心裝備是一個置于地下700米深處的巨型中微子探測器。該探測器被一個巨大的水池環(huán)繞，以屏蔽外界本底輻射。探測器內(nèi)部填充有2萬噸高純度液體閃爍體，并配備了數(shù)以萬計的光電倍增管，用于捕捉中微子與液體閃爍體相互作用時產(chǎn)生的微弱閃爍光。

液體閃爍體特性

液體閃爍體作為探測中微子的關(guān)鍵介質(zhì)，其主要成分為烷基苯（占比99.7%），這是一種無毒、易生物降解且火災(zāi)風(fēng)險低的日用洗滌劑原料。其卓越的能量分辨率（達3%）使得探測器能夠精確捕捉中微子相互作用時產(chǎn)生的微弱信號。

信號：反應(yīng)堆電子反中微子通過逆β衰變反應(yīng)與探測器內(nèi)的質(zhì)子相互作用，產(chǎn)生正電子和中子。正電子迅速湮滅釋放能量，提供即時信號；中子則稍后被質(zhì)子捕獲并釋放伽馬射線，形成延遲信號。這兩者時間上的關(guān)聯(lián)性為反中微子的探測提供了獨特特征。

背景：主要背景噪聲包括偶然事件、宇宙μ子及快中子等。通過精密的設(shè)計與數(shù)據(jù)分析技術(shù)，項目團隊成功將背景噪聲控制在極低水平，確保了探測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

中微子質(zhì)量順序探索

中微子質(zhì)量順序是國際中微子研究領(lǐng)域的核心問題之一。江門中微子實驗將通過精確測量反應(yīng)堆電子反中微子能譜來確定中微子的質(zhì)量等級，為解決這一科學(xué)難題提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

江門中微子實驗

對粒子物理及宇宙學(xué)的貢獻

粒子物理：中微子研究作為國際粒子物理研究的熱點領(lǐng)域，是唯一有實驗證據(jù)超出粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的方向。江門中微子實驗將推動對微觀粒子物理規(guī)律的深入理解，為粒子物理理論的發(fā)展提供有力支持。

宇宙學(xué)：通過探測超新星中微子、地球中微子等，項目將深化對宇宙起源與演化的認(rèn)識，為宇宙學(xué)研究提供寶貴數(shù)據(jù)。

地球物理：地球中微子的探測將有助于揭示地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與動態(tài)，為地球物理學(xué)研究開辟新的途徑。

江門中微子實驗自啟動以來，便吸引了來自全球12個國家和地區(qū)的239名科研人員積極參與。通過定期的國際合作組大會，各子系統(tǒng)與物理分析工作組不斷交流進展，共同推動項目的順利進行。展望未來，江門中微子實驗將繼續(xù)秉持開放合作的精神，與全球科研伙伴攜手共進，共同探索宇宙的微觀奧秘，為人類的科學(xué)進步做出更大貢獻。同時，隨著項目的不斷升級與擴展，其科學(xué)影響力與國際地位也將持續(xù)提升，成為全球粒子物理研究領(lǐng)域的璀璨明珠。