熟悉中國科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)的人都知道，自2011年起，中科院組織實(shí)施了戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)，并把它分成了A、B兩類，A類側(cè)重于前瞻戰(zhàn)略科技，B類側(cè)重于基礎(chǔ)與交叉前沿方向布局。

　　不過，細(xì)心的人會發(fā)現(xiàn)，在A類先導(dǎo)專項(xiàng)的名單里，有一個(gè)特殊的條目——“江門中微子實(shí)驗(yàn)”。與所有其他專項(xiàng)都不同，“江門中微子實(shí)驗(yàn)”專項(xiàng)只為一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)而設(shè)。

　　回望過去，這個(gè)特殊的先導(dǎo)專項(xiàng)，曾因獨(dú)特的國際競爭而提前誕生。五年來，它一步步為撐起中國中微子研究的新輝煌而前行。

　　提前五年啟動的項(xiàng)目

　　江門中微子實(shí)驗(yàn)先導(dǎo)專項(xiàng)的誕生，還要從大亞灣實(shí)驗(yàn)說起。

　　2007年10月，大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)開工。熱衷于“走一步看三步”的科學(xué)家們一邊建著大亞灣工程，一邊盤算著下一步還可以做點(diǎn)什么。

　　在后續(xù)研究的各種可能中，現(xiàn)任中科院高能物理所所長王貽芳和研究員曹俊提出的“中微子的質(zhì)量順序測量”方案很快成為二期實(shí)驗(yàn)的首選。不過，二期實(shí)驗(yàn)?zāi)懿荒茏?，取決于一個(gè)前提——大亞灣實(shí)驗(yàn)測出的中微子振蕩幾率一定要夠大。

　　2012年3月8日下午兩點(diǎn)，高能物理所召開了一場新聞發(fā)布會，王貽芳向世界宣布，大亞灣實(shí)驗(yàn)測到了中微子第三種振蕩，振蕩幾率為9.2%。這一結(jié)果，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過他們最早期待的1%到3%?？蒲腥藛T心里有數(shù)了：“后續(xù)的中微子實(shí)驗(yàn)?zāi)茏?”

　　最終，實(shí)驗(yàn)選址廣東江門，距陽江和臺山反應(yīng)堆群分別約53公里，由原先的“大亞灣中微子二期實(shí)驗(yàn)”更名為“江門中微子實(shí)驗(yàn)”。

　　讓人意想不到的是，項(xiàng)目的啟動比預(yù)期中提前了五年?！?008年時(shí)，我們預(yù)計(jì)如果大亞灣實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較好，十年后可以啟動后續(xù)研究?！辈芸≌f。

　　大亞灣實(shí)驗(yàn)結(jié)果公布之后，中微子質(zhì)量順序測量成為下一步的研究熱點(diǎn)，美國、日本、甚至印度都逐漸明確了下一步的計(jì)劃?！拔覀?nèi)绻叱Ｒ?guī)的經(jīng)費(fèi)支持申請渠道，新的研究項(xiàng)目批下來至少還要四五年，到那時(shí)，這事兒就黃了?！辈芸≌f。

　　于是，他們申請了先導(dǎo)專項(xiàng)的支持。2013年2月1日，唯一一個(gè)以單一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為內(nèi)容的戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)成立了。根據(jù)科學(xué)目標(biāo)，“江門中微子實(shí)驗(yàn)”工程建成后將著力解決國際中微子研究中下一個(gè)熱點(diǎn)和重大問題：中微子質(zhì)量順序，同時(shí)開展超新星中微子、地球中微子、太陽中微子等一系列國際領(lǐng)先的天體物理研究，鞏固我國在中微子研究領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位。

　　關(guān)鍵器件已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化

　　項(xiàng)目啟動，技術(shù)挑戰(zhàn)也隨之而來。大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目積累下來的經(jīng)驗(yàn)，雖然為江門中微子實(shí)驗(yàn)建設(shè)提供了支撐，卻無法解決新出現(xiàn)的所有技術(shù)問題?？蒲腥藛T要面對的第一大挑戰(zhàn)，就是高量子效率光電倍增管的研發(fā)。

　　中微子看不見、摸不著，極難探測，被稱為“幽靈粒子”。要想探測中微子，就需要極弱光探測技術(shù)，即光電倍增技術(shù)，該技術(shù)可以檢測微弱光信號，具有極高的靈敏度和超快的時(shí)間響應(yīng)，就像獵手敏銳的獵眼。光電倍增管是粒子物理及核物理實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵通用部件，其主要作用就是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。

　　當(dāng)初，大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)采用了2000多支8英寸口徑光電倍增管，都是由美國合作者從日本購買。

　　“對江門中微子實(shí)驗(yàn)，這樣的光電倍增管已經(jīng)達(dá)不到要求，必須在現(xiàn)有技術(shù)上突破，大幅提高探測效率，才有可能實(shí)現(xiàn)測量中微子質(zhì)量順序的科學(xué)目標(biāo)。我們在2008年提出實(shí)驗(yàn)設(shè)想時(shí)就意識到了這個(gè)問題，設(shè)計(jì)了新型光電倍增管，啟動了技術(shù)研發(fā)。但項(xiàng)目提前啟動給研發(fā)帶來了巨大的壓力，直到2015年底，我們?nèi)匀恍睦餂]有底，到底能不能成功。”曹俊告訴記者。

　　2011年底，由高能所牽頭，北方夜視技術(shù)股份有限公司、中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所、中核控制系統(tǒng)股份有限公司和南京大學(xué)等單位組成了產(chǎn)學(xué)研合作組。

　　4年時(shí)間，他們攻克了高量子效率的光陰極制備技術(shù)、微通道板、大尺寸玻殼等多個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，最終研制出量子效率、收集效率和單光電子峰谷比等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平的樣管。

　　2016年11月，國內(nèi)首條年產(chǎn)7500支的20英寸光電倍增管生產(chǎn)線建成運(yùn)行。截至今年9月18日，江門中微子項(xiàng)目已經(jīng)得到了2016支國產(chǎn)光電倍增管。

　　向著“最高”和“最大”

　　2015年1月，項(xiàng)目啟動建設(shè)。中國科學(xué)院院長白春禮為此發(fā)來賀信：“我國科學(xué)家在中微子研究領(lǐng)域邁出的重大步伐，對于鞏固我國在中微子研究的領(lǐng)先地位具有重要意義”。

　　“江門中微子實(shí)驗(yàn)將致力于測量中微子的質(zhì)量順序，并進(jìn)一步精確測量中微子混合參數(shù)，其土建工程規(guī)模約是大亞灣反應(yīng)堆中微子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的3至5倍?！? 王貽芳曾在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)說。

　　按照實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的計(jì)劃和判斷，江門中微子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不僅比大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)工程規(guī)模大，它還將是世界上能量“精度最高”、“規(guī)模最大”的液體閃爍體探測器。

　　“精度越高，能發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容就越多，因?yàn)榛蛟S就差那么一點(diǎn)點(diǎn)，我們就會錯(cuò)失認(rèn)識世界的機(jī)會。”曹俊說。

　　實(shí)驗(yàn)要求探測器的能量精度達(dá)到3%，比當(dāng)前國際最好水平還要高1倍。要想實(shí)現(xiàn)“精度最高”，不僅探測光子的光電倍增管效率要高，發(fā)出光子的液體閃爍體也要效率高、透明度高。

　　為了測試透明度，科研人員拿出了大亞灣實(shí)驗(yàn)八臺中微子探測器中的一臺?！澳壳拔覀円呀?jīng)完成了20噸液體閃爍體的光學(xué)純化和本底純化，光學(xué)性能已經(jīng)可以達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。放射性純化方面，我們還在用大亞灣的探測器做進(jìn)一步研究?！辈芸≌f。

　　與此同時(shí)，江門中微子實(shí)驗(yàn)要求有2萬噸液閃，比當(dāng)前國際最大的液閃探測器大20倍，這也為工程設(shè)計(jì)和建設(shè)提出了挑戰(zhàn)。

　　經(jīng)過很長時(shí)間評審討論，項(xiàng)目最終選擇用有機(jī)玻璃罐裝液體閃爍體。這意味著工程建成后，江門的地下700米深處將會有一個(gè)13層樓那么高的大玻璃球。

　　今天，有幸到江門中微子實(shí)驗(yàn)工地的人，能夠看到建設(shè)過半的巨大地下實(shí)驗(yàn)室，這是施工人員克服了多次萬噸級地下涌水困難后建造出來的。而三年后，這里將成為科學(xué)家更清晰地觀測“幽靈粒子”的地方，也將成為中國領(lǐng)先國際中微子研究的新平臺。