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地下一英里,捕捉宇宙“幽灵”:全球最大中微子实验开建
知新了了 2026-11-11 12:44:32

这些数量庞大的粒子每天穿过我们的身体,却不留下任何痕迹。

费米国家加速器实验室(FermiLab)、欧洲核子研究中心(CERN)和桑福德地下研究设施(SURF)已合作,在南达科他州建造深地下中微子实验(DUNE)。

该实验位于地下近一英里处,使用巨大的低温恒温器将液氩维持在极低温度。这一装置将有助于研究中微子,为理解大爆炸之后的状况提供关键线索,并拓宽我们对宇宙的基本认识。

中微子是亚原子粒子,不带电荷,几乎没有质量。它们避开引力和核力,因而获得了“幽灵粒子”的名声;这些数量众多的粒子每天穿过我们的身体,却不留下任何痕迹。

由于中微子在恒星核心中产生,并且能够穿越遥远距离,科学家可以通过建造探测器在地球上研究它们。观测中微子相互作用以及微小质量差异如何改变其“味”,有助于解释为什么宇宙中的物质多于反物质。这还能完善我们今天使用的粒子物理标准模型。

地下探测器

DUNE是一项世界领先的实验,汇聚了1500多名研究人员,他们将由费米实验室承办。DUNE正在建造的低温恒温器将把液氩维持在华氏零下300度(摄氏零下184度)。

一旦DUNE的液氩探测器在2030年前准备就绪,费米实验室的加速器将用于从800英里(1300公里)外向这些探测器发射中微子。位于费米实验室的另一个探测器也将在中微子出发前对其进行测量,二者共同组成长基线中微子设施。

用于容纳约1.7万吨液氩的低温恒温器现已开始建设。每个低温恒温器长216英尺(65.8米),宽62英尺(18.9米),高60英尺(18.3米)。将使用总共2600根钢梁建造这两个低温恒温器;用于铸造这些钢梁的6200吨材料是CERN的实物贡献。

CERN在欧洲以外的重大角色

CERN牵头DUNE低温恒温器的设计、建造、物流规划和安装。作为粒子物理领域的全球领导者,CERN团队正在分享其在建造低温恒温器方面的专业知识,同时还建造了ProtoDUNE——该实验将采用的两种探测器技术中的第一种。

这是CERN首次为欧洲以外开展的项目作出重大贡献。

“我们不仅贡献了技术专长,也贡献了本组织的项目管理能力,”CERN中微子平台首席项目工程师Lluís Miralles在新闻稿中说。

“CERN在此展示了,我们如何通过自身设计具备内部能力,来应对项目各个层面的要求和挑战。”

由于实验建在地下,SURF被赋予竖井运营和物流责任,负责将钢梁和其他设备运送到地下4850英尺(1478米)的现场。

随着第一个低温恒温器开始建设,SURF团队也已开始第二个低温恒温器的钢梁施工,预计组装工作将于明年开始。

来自费米实验室的中微子束预计到2031年将发送至DUNE的地下探测器。


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发布时间:2026-11-11 11:41:12


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