地下700米,中國科學家正在探尋宇宙演化的奧秘 | CCTV《開講啦》

2025年12月27日23:10:22 科學 9615

中微子究竟是什麼?電影里那些關於世界末日的猜想,到底有沒有科學依據?地下700米深處,竟然藏著一個13層樓高的「星空」?粒子物理的世界,充滿了問號與驚嘆號。通過小小的粒子去探索大大的宇宙,本期《開講啦》邀請到中國科學院高能物理研究所所長、江門中微子實驗副發言人曹俊,他將帶領我們深入地底,近距離感受歷經十餘年建設完成、最近剛剛「新鮮出爐」了首個物理成果的國之重器——江門中微子實驗。快來領略中國科學家在粒子世界探索未知的風采!


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權威澄清:電影里

「中微子導致世界末日」的假設不成立



中微子,是構成物質世界最基本的粒子之一,在宇宙中無處不在。曹俊說,我們每個人每秒鐘就會產生五千個中微子。但中微子最大的特點是「不帶電」,且幾乎不跟物質發生相互作用,因此極難被探測到。


很多人是從電影中第一次聽說「中微子」的。曹俊在現場做了權威科普:電影中太陽中微子爆發導致地球過熱的劇情,在現實中不可能發生。這正是由中微子「幾乎不與物質相互作用」的特性決定的。即便太陽在1秒鐘之內將其全部能量以中微子形式爆發,也無法加熱地球。


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「世界第一」是最好的廣告


中微子還有一個神奇的特性:它能在飛行中自發地從一種類型轉變成另一種,物理學稱之為「中微子振蕩」。曹俊表示,科學界認為很可能正是中微子振蕩導致了宇宙起源時正反物質的不對稱,使得我們今天的世界主要由正物質構成,宇宙得以穩定存在。否則,正反物質相遇湮滅,宇宙將到處是爆炸。


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如何捕捉到迄今為止人類對其了解很少的中微子?曹俊介紹,江門中微子實驗擁有世界上最大的液體閃爍體探測器,由近1000噸不鏽鋼鋼架、263塊有機玻璃、2萬噸液體閃爍體、4萬噸超純水和4.5萬隻光電倍增管組成。液體閃爍體是一種能讓中微子發生反應並發光的神奇液體,裝在一個足有13層樓高的巨大有機玻璃球中。為了放大所捕捉到的信號,這個裝置比此前全球最大的液閃探測器要大20倍,僅螺絲就超過12萬套。


每天穿過探測器的反應堆中微子有5000億億個,能被科學家捕捉到的只有50個。但奇蹟也正在發生,江門中微子實驗正式運行僅59天,科學家就重磅發布了首個成果:兩個月數據所測到太陽中微子振蕩頻率和幅度的精度,相比過去50年間實驗的最高精度提高了1.5~1.8倍!在被問及「如何吸引國際合作」時,曹俊自豪地表示:基礎研究一般都要挑最好的做,我們有世界上最大最好的液體閃爍體探測裝置,「加入我們是他們最好的選擇」


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一個物理學家的自我修養:

往前多邁一步



在距離江門中微子實驗53公里的台山核電站,曹俊和團隊緊挨著核反應堆,隔牆建了一個新的中微子實驗。這本是為了向江門中微子實驗提供參考數據而設的小型探測器,但曹俊認為:既然做了,那就要多走一步,向極致衝擊,做更多探索。於是,他們打造出了世界上唯一的低溫液閃探測器,看到的光將會比當前世界規模最大的江門中微子實驗還多一倍。


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為了這個裝置,團隊下足了苦功,僅連接線就插了1萬多根!令人頭疼的是,接完後發現有11根線意外脫落,團隊耗時兩個多月也只找回6根,最終不得不接受這點小小的不完美。在《開講啦》現場,青年科學家回憶起這段經歷,仍不禁眼眶濕潤。但曹俊用自身的科研經歷傳遞著樂觀:「每受一次『折磨』,我們的『神經』都會更強壯一些。」他還透露,即便因此損失萬分之五的精度,台山中微子實驗依然是世界上最好的。




撒貝南喊話郭帆導演:

求重拍《流浪地球3》!



每天沉浸在粒子世界裡研究宇宙的物理學家,也會看科幻片嗎?答案是看!不僅看,他們還會算!


曹俊就曾計算過地球「流浪」的可能性。以一個物理學家的思考方式,曹俊認為通過核聚變給地球加速,能量的確可以推動地球飛到比鄰星,但他同時表示,那時地球能量已經全部消耗完,整個地球會變成一個冰冷的鐵疙瘩。聽完推導,撒貝南感嘆道,計算過程就可以拍一部科幻電影,他於是現場「呼喚」郭帆導演,求《流浪地球3》重拍。


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