【點新聞報道】11月20日，我國重大科技基礎設施——江門中微子實驗探測器主體建成。它建於廣東江門地下700米處，是我國自主設計建造的中微子實驗室，將用於捕捉宇宙中的一種「幽靈粒子」——中微子。
中微子是宇宙中的基本粒子之一，它質量極輕，以接近光速移動，且幾乎不與宇宙中其他物質相互作用，可以輕鬆穿牆、穿透地球，所以中微子的捕捉難度相當高，故得「幽靈粒子」之稱。也正因如此，有網友大膽發言稱，人的靈魂就是以中微子的形式存在的。而為了捕捉中微子，江門中微子實驗室採用4萬多個光電倍增管作為「眼睛」，來探測中微子極其微弱的信號，準確分析中微子的路徑、能量等信息，進行精密的物理研究。
中微子的研究意義重大，可以揭示微觀世界的基本規律，加快人類探索宇宙的步伐，甚至讓人類文明得到提升。日前，點新聞記者訪問了香港科技大學新興跨學科領域學部副教授翟成興，圍繞中微子是什麼以及研究中微子的意義等相關問題進行探討。
點新聞：宇宙中的粒子眾多，中微子研究是高能物理和天體物理都很關注的領域，歷史上多次獲頒諾貝爾獎。您能否簡單介紹一下其中的原因？同時我們也很好奇您是因何種原因開始研究中微子物理學的？
翟成興：1930年，奧地利物理學家泡利為了解釋β衰變時能量出現虧損，提出了一個猜想，認為是一種難以探測的中性粒子帶走了能量。後來，意大利物理學家費米進一步發展了泡利的假說，建立了β衰變理論，並正式將這種中性粒子命名為中微子。我是1985年上的大學，當時關於中微子的研究就非常火了，後來我赴美留學就跟着我的老師Lowell Brown進入了這個領域做研究，提高中微子質量測量的精度。
為什麼當時很多人都在研究中微子呢？首先，我們的宇宙由不同的基本粒子構成，如我們較為熟悉的夸克和電子。從宏觀層面講，人和動物等都可大致看作由夸克和電子構成；當然宇宙中還有其他粒子，如黑格斯粒子，以及傳播作用力的引力子（理論設想階段，有待於探測）、光子、W/Z粒子、膠子，它們分別對應萬有引力、電磁力、弱作用力和核力。總結來說，構成宇宙物質的四大主要基本粒子是上夸克、下夸克、輕子和中微子，可見中微子在宇宙中是非常重要的元素，地位至高。其來源可以追溯到宇宙大爆炸，恒星內部的核聚變反應、超新星爆發等天文現象也會釋放大量中微子。
同時，我們知道支配宇宙的四大基本力分別是引力、電磁力、強相互作用力和弱相互作用力，其中弱相互作用力的力程短，作用弱。而它就是中微子主要參與的作用力，研究起來較為困難。目前發現有三種中微子，它們之間可以轉變，即所謂的中微子振蕩。另外我們知道中微子的質量很小，但具體量化還有待提高。如果我們把中微子研究透徹，這在科學領域會是一項很重大的突破。而且在與其他粒子對比之下，中微子作為較難觀察的研究領域，存在的未知較多，它給科學家留了很多空間去研究和突破，因此，中微子的研究是如火如荼的。
點新聞：在2000年前後，日本和加拿大的中微子實驗裝置首次觀測到了大氣和太陽中微子的振蕩現象，這一突破為兩國科學家贏得了2015年的諾貝爾物理學獎。國際上也有很多組織機構建造了各自的中微子研究中心，它們的裝置有哪些差異？
2000年以來諾貝爾物理學獎涉及基本粒子的相關內容:
- 2004年，粒子物理的強相互作用理論中的「漸近自由」現象。
- 2008年，次原子物理的對稱性自發破缺機制，發現對稱性破缺的起源，預測自然界中至少存在三個夸克家族量子力學。
- 2013年，原子粒子的質量起源，通過ATLAS和CMS實驗發現了預測的基本粒子。
- 2015年，發現中微子振蕩，表明中微子具有質量。
- 2023年，開發了產生阿秒光脈衝的實驗方法，用於研究物質中的電子動力學。
翟成興：各個中微子研究中心的側重點和研究方式會有些不同。日本的神岡觀測站會探測來自超新星、太陽、我們的大氣層和加速器的中微子；南極冰下探測是為了觀測來自太空的中微子。印度中微子觀測站的主要研究領域是不基於加速器的高能物理，他們專注於大氣μ介子中微子的研究，通過一個5萬噸的鐵質量熱計測定這些難以捉摸的粒子的某些特性。我國江門大型中微子實驗中心主要觀測來自核反應的中微子來研究中微子的振蕩。美國和日本也都在建大型的中微子探測站，希望不久之後人類就能揭開中微子的神秘面紗。
點新聞：江門中微子實驗中心建在地下700米的地方，為什麼實驗裝置要建這麼深？
翟成興：因為中微子幾乎不與任何物質產生碰撞，所以要研究中微子，信號都較弱，我們需要在非常純凈的環境中進行，避免外界干擾。地面環境很複雜，宇宙射線在上層大氣中發生相互作用，會造成非常嘈雜的背景輻射；而選擇在地下700米進行探測實驗，可以利用岩石幫助實驗屏蔽掉粒子沉降，減少干擾，確保探測器能捕捉到中微子微弱的信號。
點新聞：伴隨着江門中微子實驗中心相關研究的推進，您覺得我們能突破什麼？
翟成興：中微子很重要，全球各地的科學家都在投入巨大精力想方設法地研究中微子，因為它不僅神秘，還具有重大意義。它是宇宙誕生時的見證者，能攜帶宇宙演化的秘密，有助於我們更好地理解宇宙的結構。宇宙中存在大量未被探測到的物質，可能是暗物質，其中或許大部分就是中微子。而中微子的速度非常接近於光速，可以穿透任何物質，如果用在信息傳遞技術上，它能將信息傳遞得更快、更遠，從而為我們產生巨大的經濟效益並提供更多研究數據，未來還可能會幫助我們實現深海、地下和星際通信。
另外，中微子在核反應堆監測中有初步應用，還可用於地質探測，研究地球內部結構，監測地震和火山活動。
點新聞：科幻小說《三體》中提到用中微子和引力波來進行通訊是未來世界兩大通訊技術，您覺得能實現嗎？
翟成興：不排除這個可能性，但從目前的研究進程來看，這項技術在應用層面上還是很難的。
引力波是愛因斯坦廣義相對論所預言的一種以光速傳播的時空波動。當有質量的物體加速運動時，就會產生引力波，如同在平靜的水面投入一顆石子，泛起的漣漪向四周擴散。引力波極其微弱，在現實中探測難度極大。
目前來看，雖然我們已經成功探測到引力波，但都是來自宇宙中與黑洞和中子星級別的波源。因為引力作用是自然界裏最弱的力，引力波的產生需要極其巨大的質量變化，才能產生足夠的信號。因此，在可預見的未來，利用引力波實現星際通信還只是一個遙遠的夢想。利用中微子來通訊同樣要解決其弱作用的特點，儘管在傳播之中不易受到干擾，但我們將很難發射和接收。
點新聞：您如何看待「科學的盡頭是玄學」這一說法？
翟成興：這就是一個比較玄的問題了。人類是在努力地了解和探索這個宇宙，做一些科學研究，不過同時，這個宇宙也可能是由一種更高的大智慧在建構的，不排除這種可能性。但是網上也會有很多討論玄學的聲音，有一部分內容我覺得是人們看到一些還無法用科學解釋的事情時，將它誇張、放大處理了，可能就變成了偏向玄學的說法了。
（點新聞記者張安寧、陳子萌報道）
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