全国工人先锋号、上海交通大学江门中微子刻度团队:毫厘之间,捕捉宇宙微光

来源:劳动观察 作者:王慧 发布时间:2026-06-09 10:30

摘要: 上海交通大学江门中微子刻度团队十年磨一剑,为江门中微子实验打造高精度“能量尺”,把严谨写进每一次校准、每一组数据里。

5月22日,上海交通大学物理与天文学院办公室,孟月打开电脑。屏幕另一端、广东江门地下700米处,江门中微子实验(JUNO)刻度系统的各项参数正平稳跳动。当天,上海交大刻度团队将完成本周第二次远程刻度取数。


“刻度没有尽头。”孟月说。自2025年8月JUNO运行以来,团队已完成多轮完整刻度,探测覆盖范围显著扩大,定位精度优于3厘米。“随着这台超大规模探测器进入长期运行,新的标定需求会不断出现,刻度团队必须随时响应,让探测器始终保持清晰、可靠的读数能力。”


JUNO是国际首个建成的新一代超大规模、超高精度中微子实验装置,投运后59天便发布首个物理成果,以超过此前所有实验联合精度1.6倍的水平,精确测量太阳中微子振荡参数。高精度的背后,离不开一把精密又巨大的“能量尺”。团队的任务,就是锻造这把尺、使用这把尺,并在未来长周期运行中持续校准这把尺。


这支2013年成立的JUNO初始核心团队,汇聚刘江来、孟月、徐东莲、黄俊挺等教授和20余名科研人员,平均年龄34岁。他们承担起世界最大液体闪烁体中微子探测器的高精度刻度任务,在50米空间尺度内完成厘米级定位,并从硬件研制、探测器标定,到事例重建、物理分析,为大科学装置提供全链条技术支撑。2026年,团队荣膺全国工人先锋号。


“精益求精的笨功夫,是刻度精神,也是工匠精神。”孟月说。如今,团队依旧双线作战,一边在江门持续推进中微子刻度,追求极致的精准;一边在四川锦屏建设下一代暗物质探测器,直面未知的深邃。


他们在地下700米、2400米深处,也在三尺讲台之上,把严谨写进每一次校准、每一组数据里,一点点拓宽人类对浩瀚宇宙的认识。

2025年8月26日,全部刻度完成,团队留影纪念这一历史时刻。


十年磨一“刻”

“把一块木头打散、不断拆分,是分子、原子、原子核、质子、中子,再往下,就是17种基本粒子。”孟月常这样向学生解释粒子物理。中微子正是其中最难捉摸的成员之一,它不带电、质量极小,几乎不与物质相互作用,因此又有“幽灵粒子”之称。JUNO要研究的,是从江门53公里外的台山、阳江核电站“飞来”的反电子中微子。


捕捉中微子,有点像在黑暗城堡里辨认一只萤火虫。科学家只能瞥见那一瞬微弱的光,却要知道这束光代表多少能量、发生在什么位置。上海交大研制的刻度系统,就像伸进50米级巨大探测器内部的“精准机械手”:它把花生米大小的放射源送到指定位置,帮助探测器建立能量与位置的对应关系。尺子越准,科学家越能从转瞬即逝的信号里读出真实信息。


这套系统背后,是十余年的接力攻关。刘江来统筹总体刻度策略,为JUNO亚百分级能量分辨目标奠定基础;孟月牵头研制刻度系统,在超大体积探测器内实现稳定控制与可靠运行;黄俊挺构建从重建、刻度、本底到振荡参数提取的分析链路;多名博士后和博士生长期驻场,参与安装、调试和数据分析,在工程攻坚与算法优化中承担关键任务。


刻度系统落地,必须翻越几座大山。第一关是精度。35米直径的探测球、50米级空间跨度,却要让刻度源准确抵达目标位置,任何系统性偏差都可能影响最终测量。机械结构、控制算法、运动轨迹、定位模型,每一环都要为精度服务。


第二关是本底控制。中微子信号极弱,任何放射性杂质都可能成为噪声。刻度系统与探测器长期相伴,本身也可能带来本底,因此每一种材料都要筛选,每一个流程都要验证。许多工作看似枯燥,却决定了数据是否干净。


第三关是可靠性。探测器一旦封闭,刻度系统几乎没有“打开修一修”的机会。地面测试必须把潜在问题尽量提前暴露,为20年稳定运行兜底。安装阶段,地下700米高温高湿,洁净服密不透气,施工像“蒸桑拿”。工程师张涛常说:“所有细节都有否定权。”


真正的考验出现在2025年8月。探测器灌满液体闪烁体后,距首次正式取数只剩3天。团队两班倒、24小时连续作业,在多个位置逐一完成标定。倒计时26小时,柔性系统线跳槽,二维刻度被迫中断。修,还是放弃?最后,团队决定冒险抢修。


孟月和博士后惠加琪戴上全脸面罩,背着十几公斤氧气瓶,进入充满氮气的舱内。“氮气窒息你感觉不到,瞬间就会晕厥。心理压力越大,耗氧越快,每一步都像在悬崖边行走。”一个小时后,故障排除。8月26日清晨6点,全部刻度成功完成。


从大亚湾到JUNO,上海交大团队在刻度策略、硬件研制和物理分析上不断积累,形成了自己的技术纵深。孟月坦言,JUNO刻度系统的核心设计源于十年前,如今已显保守。团队正在研发新型放射源,试水“潜水艇”式三维刻度,为下一阶段测量准备更灵活、更精准的工具。“要让十年后的人回头看,觉得我们没有辜负这个时代的技术与机遇。”


JUNO探测器及刻度系统


项目即课堂


高校是大科学工程的技术攻关地,也是人才培养的大熔炉。十年JUNO,交大逐渐形成一套“大科学平台育人”的方法:让学生在真实问题中学习,在完整任务中成长。


团队里的每位教师都承担教学工作,而JUNO始终是条贯穿课堂的暗线。孟月讲授《计算物理》时,会把蒙特卡罗模拟、机器学习、数据分析与拟合等实验物理技术融入课程。许多习题来自JUNO现场,如放射源的能量位置重建等。学生不再只是听听概念,而是知道这些方法正在江门地下实验室中实时运行。


课堂因此有了“刻度”和重量。每年都有学生因为一个案例燃起好奇心,主动加入实验室;不少本科生从大二开始参与科研,开发的子系统后来真的用在了探测器上。张智轩大三进入实验组,数月内研发出激光同步系统,并亲手装到JUNO里;李瑞基于浮力原理研制液位测量装置,可靠性超过商用传感器,2024年成功用于探测器。这些学生中,不少人继续留在粒子物理方向深造。“这大概就是课堂和科研打通后,自然会发生的事。”孟月说。


面向研究生,团队更强调项目制培养。每位学生独立负责一个完整子系统,从硬件、机械、电子学到模拟、数据分析和论文写作,综合能力在解决真实问题中同步训练习得。2018年入组时,惠加琪还是本科生,如今已成长为博士后。在他看来,大科学平台最珍贵的礼物,是锤炼出的责任心、协作能力和在困难中磨出的真本领。


JUNO 更为学生打开了国际合作的大门。JUNO汇聚17个国家和地区、75家机构的700多名科学家。学生从加入项目起就要在复杂协作网络中找准位置,清晰表达思路,高效推动工作,在实战中练就跨团队、跨文化的合作能力。


首轮刻度剪影(李瑞、张平、惠加琪、孟月)


三尺问天薪火相传


上海交大粒子物理学科的根脉,可追溯到季向东教授。他从美国回国,在交大几乎空白的基础上搭建起学科方向。早年做暗物质实验,季向东和学生一起拧螺丝、搬箱子、装探测器。后来,刘江来在四川锦屏地下2400米实验室,也与学生一起熬夜,把“从一线做起”的传统传了下来。


许多人走进粒子物理,最初是因为见过刘江来做科学的样子。中微子和暗物质研究都以“漫长”为底色:信号稀少,结果难测,一个实验周期往往跨越一代人的青春。刘江来对数据严苛、对细节耐心、对未知保持敬畏,这种不将就、不浮躁的风格,逐渐成为团队的精神底色。


这份漫长的坚守,也同样刻在孟月等后来者的科研日常里。几天后,她和张涛又将奔赴锦屏,为体量更大的新一代探测器建设做准备。“我们还没有测到暗物质,但我们知道它在那里,就不会停止寻找。”在她看来,科研教育工作者要守住三样东西:一是初心,在论文、项目、头衔等外部评价反复敲门时,在喧嚣中保持定力;二是学习,不能把熟悉的技术做成舒适区,因为粒子物理的前沿每年都在移动,要有钻研精神;三是专而不窄,既要把刻度做到极致,也要看见中微子质量、宇宙起源等更大的物理图景。“专精带来深度,视野决定方向。”


刘江来说,科学的意义,是探索隧道末端那一抹微光,哪怕一生也未必知道它是真是假。孟月的话更朴实:“科学史上许多重大错误,根源不在理论,而在刻度不准。把刻度做成核心课题,不是因为它容易出成果,恰恰相反,是因为我们相信,地基不牢,一切皆虚。”


正是这样一群交大物理人,以脚踏实地的坚守和仰望星空的浪漫,把中国精度刻进人类探索宇宙的征程。


上海交通大学JUNO团队合影

责任编辑:王慧
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