潮声丨诺奖五次垂青“幽灵粒子”！地下700米，中国正在“抓”它
每一秒钟，都有约650亿个来自太阳的中微子穿过你的小指甲，再穿越整个地球，但你却毫无感觉。它们无处不在却来去无踪，宛如幽灵一般。
近日，2026年诺贝尔物理学奖揭晓，这个“幽灵粒子”再次进入大众视野。美国科学家弗朗西斯·哈尔岑凭借他对冰立方中微子天文台的决定性贡献以及发现天体物理来源的高能中微子获奖。
“宇宙中最害羞的粒子”——中微子通常不留痕迹。不过在南极深冰下，来自遥远宇宙的高能中微子偶尔也会因与原子核的碰撞而激起微光。为接收这样的微光，弗朗西斯·哈尔岑和同行，把1立方千米南极深冰变成了一座特殊“接收器”——冰立方中微子天文台。
这种受诺奖垂青的粒子，中国亦早有研究布局。在广东江门开平金鸡镇，一栋盖有蓝色屋顶的厂房式建筑伫立山坳。厂房内修建了一条铁轨，小火车会沿着斜井把人从地面载到地下700米的中微子实验室。这里有一个直径35.4米的有机玻璃球，里面装有2万吨液体闪烁体，外面是4万吨超纯水，球上安装了约2万只大型光电倍增管和2.5万只小型光电倍增管。这台世界级的中微子探测器就是江门中微子实验（JUNO）。2025年8月26日启动后稳定运行至今。
新晋诺奖得主哈尔岑2024年2月也曾来此参观，看到正在安装中的巨型装置他说：“我永远不会忘记这令人震撼的景象。”
2024年10月9日拍摄的建设中的江门中微子实验中心探测器（拼接照片）。图源新华社
中微子究竟藏着多少秘密？江门中微子实验探测器和冰立方中微子天文台之间有怎样的关系？未来的研究方向有哪些？带着这些问题，记者采访了中国科学院高能物理研究所相关研究人员。
顶级“情报员”的宇宙来信
在诺贝尔奖的历史上，这是中微子研究第五次站上领奖台。
1988年，莱德曼、施瓦茨和斯坦伯格因发展中微子束实验方法并发现缪子中微子获奖；1995年，莱因斯因首次直接探测到中微子获奖；2002年，戴维斯和小柴昌俊因对宇宙中微子的开创性探测获奖；2015年，梶田隆章和麦克唐纳因发现中微子振荡、证明中微子有质量而获奖。
前四次获奖三次授予了中微子本身的研究，一次授予了太阳中微子和超新星爆发中微子。这次则更突出它作为人类探测高能宇宙、理解高能天体过程的重要信使。用诺贝尔物理学委员会的话说，哈尔岑的坚韧和科学远见，为一种全新的天文学铺平了道路。
分量有多重？1912年，人类发现宇宙线，这些来自宇宙深处的高能粒子，日夜不停轰击地球。可它们从哪儿来，至今没有答案。一百多年来，探索从未停止。带电宇宙线粒子的轨迹会因磁场发生偏转，光子虽不带电，在传播中却可能被吸收。而中微子不带电、几乎不与物质作用，从宇宙深处出发后可以穿过许多光子和带电粒子难以穿越的复杂环境，直线飞行，几乎不损失能量。如此，它所携带的来自宇宙深处的“原件”信息，为揭示宇宙线的起源提供了一条有力且独特的线索。
有人形容中微子像一名“顶级隐形情报员”：平时几乎抓不住，一旦留下线索，却可能把源头的位置和内部正在发生的高能过程透露出来。
这是冰立方中微子天文台工作原理示意图。图源诺贝尔奖官网
2013年，冰立方首次报告了地球外高能中微子存在的证据，到2023年，它用十年的数据画出了一张银河系的中微子天图。
中国科学院高能物理研究所副研究员殷鹏飞解释道：“这就是冰立方的贡献，它发现了高能天体中微子。这些粒子可以为研究活动星系核、伽马射线暴等极端天体，以及破解宇宙线起源这一世纪之谜提供独特线索。冰立方的成果与电磁波、引力波等领域的观测一起，推动天文学进入多信使时代，也为在超高能量尺度上检验基本物理规律提供了新的手段。”
纵览中微子的研究史，就像开“盲盒”，每一次新发现都会改写我们对基础物理和宇宙的认识。
地下700米的“精密秤”
中国的中微子研究，是从研究中微子本身起步的。
“中微子分为电子中微子、缪子中微子和陶子中微子三种，它们在飞行途中会从一种‘变’成另一种，这叫中微子振荡。”中国科学院高能物理研究所研究员于泽源说。2012年，大亚湾反应堆中微子实验发现了中微子的第三种振荡模式，被国际同行评价为“开启了未来中微子物理研究的大门”。2020年大亚湾实验装置退役后，接力棒交到了江门手里。
和冰立方中微子天文台相比，虽然都在“抓”中微子，但两者的探测对象、能量区间、探测原理、科学目标都不相同。“冰立方瞄准来自宇宙深处的高能天体物理中微子，江门中微子实验则瞄准核反应堆、太阳、地球、超新星产生的低能中微子。”于泽源说，一个向外看宇宙，一个向内看粒子本身，双方不是竞争而是互补。
实验室从选址开始就有讲究。按照设计，接棒大亚湾的实验室距离核反应堆的最佳距离是55公里左右，理想建设位置在花岗岩构造的山体中，达到地下700米以上的深度。55公里左右的距离，来自反应堆的中微子振荡效应最明显，而这样的位置能屏蔽宇宙线和其他射线干扰，中微子信号则不受影响。那时，项目牵头人王贻芳院士领着一拨人一个地方一个地方跑，又要来中国核电站的规划资料一页一页翻，一个数据一个数据比对。
最终，他们注意到两座当时还没有建成的核电站——台山核电站和阳江核电站。在地图上用一条直线把这两座核电站连起来，按照55公里为斜边画出一个等腰三角形后，广东江门开平市金鸡镇成为那个相交点。再把卫星地图放大，交点正落在一片山头。那一刻，所有人脸上写满了期待。
700米深的地下实验室通过斜井轨道出入。图源视觉中国
2015年，实验室建设开始向地下挺进，挑战随即而来。工人们发现越往下挖，渗水越厉害，直到有一天，地下水从许多地方喷涌而出，转眼间就淹了一米多。项目不得不被叫停，这给了大家当头一棒。好在，经过各方专家近一个月评估后，项目可行。直到2018年1月31日，地下700米正式贯通，实现这一目标花了1116天，比计划时间多了一倍多。那天，许多人哽咽了。
2019年1月，中国科学院高能物理研究所的微信公号上发了一首所里几个年轻人创作的歌曲《乘风而行 中微子的2018》。那时距离过年不到一个月，留在工地赶进度的不少人听到前两句歌词就颇为感慨：“我在玉泉路的这边想着你，你在远方的江门温情细语……”他们想念亲人，却不确定自己什么时候能回去和家里人一起过个春节。
建设期间，各类技术难题接踵而至。不仅有地下水的侵袭，还有光电倍增管的效率、有机玻璃球的承重、液闪的纯化问题等。于泽源说，团队始终迎难而上，自主研制并批量测试了20英寸高性能光电倍增管，打破国际垄断，建成了世界最大的有机玻璃球中心探测器及其支撑结构。这些技术不仅支撑起了实验室，也带动了国内相关产业进步。
2023年，在广东江门开平市金鸡镇的中微子实验室，技术人员正在实验室中心探测器里安装光电倍增管。图源视觉中国
如今，实验室的中心探测器已做了封闭处理，远看就像地底伫立着一颗散发黄色光芒的恒星。探测器正式取数时，阳江核电站与台山核电站核反应堆释放的中微子，会有极小部分与玻璃球里的液闪相互作用发出光。随后，光会被光电倍增管捕捉，变成电信号，海量数据被传送给科学家，用作物理分析。
阶段性成效已经取得。2026年6月，中国科学院高能物理研究所在《自然》杂志发表了江门中微子实验的首个物理成果，这是基于探测器正式运行后59天的有效观测数据，完成了对两个中微子振荡参数的高精度测量，精度比此前数十年多项国际实验的综合结果提高了1.6倍。此后，根据探测器207天的数据又给出了中微子质量顺序倾向正序的国际最高精度迹象。
2025年8月26日，科研人员在江门中微子实验运行控制室共同开启物理取数，鼓掌庆祝取数成功。图源新华社
“中微子振荡的一个硬性前提是三种中微子的质量不能完全相同，也就是说中微子必须有质量。”于泽源说，三种中微子到底谁轻谁重，是当前粒子物理、天体物理和宇宙学共同关注的重大科学问题之一，它关系到中微子的质量从哪里来、宇宙为什么最终由物质而不是反物质主导等基础问题。
江门中微子实验的首要目标，就是回答“中微子质量顺序”问题。于泽源打了个比方，可以把探测器看成一台“精密秤”，2万吨液体闪烁体是“秤盘”，数万只光电倍增管是“读数器”，最终通过测量反应堆中微子能谱的细微差别，把三种中微子的质量排列“称”出来。
放眼全球，江门中微子实验有独特优势。球内的2万吨液体闪烁体构成了目前世界上最大的液闪探测器，处于国际领先水平的能量分辨率让它能把中微子能谱的细微结构分辨得更清楚。它也能观测太阳、地球、大气乃至超新星爆发的中微子，未来经过升级，还将具备开展探索超越标准模型新物理的潜力。
下一站：全球中微子观测网
在《微光志——解码国之重器江门地下中微子实验》一书中，有这样一段话：“在过去近半个世纪以来，中国在中微子领域没有作出突出成就，因此中微子的顶级学术会议，从未给中国人留座位。2012年后，中国粒子物理学家不仅会受到国际顶级会议的邀请，还一定会被邀请上台发言。”
自2012年大亚湾中微子实验取得突破性成果后，世界将目光看向了中国。眼下，中国正在多条技术路线上推进下一代中微子探测，并形成了“低能精密测量＋高能天文探测”并行发展的格局。
江门中微子实验在继续积累数据。于泽源说：“我们力争在未来3到5年内要确定中微子质量顺序，并把六个混合参数中的三个测到优于1%的精度，地球中微子、弥散超新星中微子背景和大气中微子等研究也在同步进行。从更长远看，还计划探索中微子是否是自身的反粒子这一问题。”
把目光投向宇宙，大型中微子望远镜项目也在布局中。
中国和俄罗斯两国科学家正努力推动以贝加尔湖为基地的超大型水下中微子望远镜Baikal-HUNT立项，利用贝加尔湖优质的水体建设约30立方公里的中微子探测装置，直接搜寻拉索（LHAASO）实验发现的超高能伽马射线源是否有伴随的高能中微子产生。2026年5月，其预研项目“海星计划”已在南海完成首次海试。
由上海交通大学牵头的“海铃计划”（TRIDENT），则要把探测器阵列沉入南海3000多米深的海底，建设中国第一个深海中微子望远镜，三期规划探测体积约10立方公里。2025年8月，“海铃探路者”已完成全流程海试。
这是在银河和极光背景下的探测设施。图源冰立方中微子天文台官网
“探测更多高能天体中微子、推动中微子天文学全面发展，仍面临许多挑战。单个国家、单个装置很难独自应对，国际合作几乎是必由之路。”殷鹏飞表示，这一领域现在大家做的事情目标很一致，就是要建成更大规模的探测器，从而能“抓”到更多中微子，获得更多的信息。他说，从南极到贝加尔湖，再到地中海和南海，这些正在部署推进的大型中微子望远镜项目，未来有望构成覆盖不同天区、彼此互补的全球中微子观测网。
当然，这会是一个非常漫长的过程。在宇宙的浩瀚面前，人的尺度和能力看上去其实很有限。
“科学家花费那么多力气研究的中微子究竟有什么用？”记者问。
答案出乎意料的坦诚。两位研究者表示：“至少在可预见的将来，中微子研究跟我们的实际生活不会有太大关联。”但这项研究依然重要，因为它在拓展人类认知的边界，在回答关于宇宙和物质世界最根本的问题。他们相信，物理研究的意义也不只在于结果，其间的探索、思想和发现同样重要。
新物理或许就藏在人类未知、未观测到的现象里。眼下，人们正在推开中微子这扇窗，而后面还有整片星空。
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责任编辑：钱锋