北京
中微子是構(gòu)成物質(zhì)世界的最基本粒子之一，中微子極輕，不帶電荷，僅參與非常微弱的弱相互作用，因此極其難測。中微子有三種類型（電子中微子、μ中微子和τ中微子）且存在中微子振蕩現(xiàn)象，即中微子在傳播過程中會發(fā)生的從一種類型中微子轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N類型中微子的現(xiàn)象，這說明中微子有微小的質(zhì)量，超出了粒子物理“標(biāo)準(zhǔn)模型”。中微子振蕩實驗的結(jié)果可以用三味中微子混合模型（六個參數(shù)）來描述，包括兩個中微子質(zhì)量平方差、三個混合角，以及一個CP相位角。日本Super-K實驗測得中微子混合角θ23，加拿大的SNO實驗于2001年證實了中微子振蕩，測得混合角θ12之后，我國大亞灣中微子實驗首次測得θ13。其中日本和加拿大的兩個實驗獲得2015年諾貝爾物理學(xué)獎。
中微子質(zhì)量順序和CP相角是中微子研究的前沿。我國江門中微子實驗（JUNO）核心科學(xué)目標(biāo)是測量中微子質(zhì)量順序，同時可以精確測量中微子6個振蕩參數(shù)中的3個，達到好于1%的國際最好水平，并進行超新星中微子、太陽中微子、地球中微子以及尋找新物理等多項重大前沿研究等。JUNO自2013年啟動建設(shè)，2025年裝置建成并于8月正式運行。近日，JUNO首個物理成果“精確測定中微子的兩個振蕩參數(shù)θ12和Δm221”以封面文章形式在國際學(xué)術(shù)期刊《Nature》正式刊出（圖1）。通過對2025年8月26日至11月2日共59天有效數(shù)據(jù)的分析，完成兩項關(guān)鍵振蕩參數(shù)的高精度測量，相較于過去數(shù)十年多項實驗的綜合結(jié)果，精度提高了1.6倍。sin2θ12的不確定度從此前的4.6%壓縮至2.81%，Δm221的不確定度從2.5%壓縮至1.6%（圖2）。這標(biāo)志著中微子振蕩精確測量時代的到來，并有望為這些神秘基本粒子的特性提供新的見解。
圖1 《Nature》期刊封面
圖2 JUNO首個物理成果；中微子的兩個振蕩參數(shù)θ12和Δm221
JUNO至今已平穩(wěn)運行9個月。隨著大量觀測數(shù)據(jù)積累，為地球中微子、太陽中微子、超新星中微子等前沿問題研究奠定精確觀測基礎(chǔ)。地球中微子（geoneutrino）是地球內(nèi)部天然放射性同位素衰變產(chǎn)生的反電子中微子，主要來自238U、232Th和40K。放射性同位素衰變同時也釋放出大量熱能，是驅(qū)動地球分異、演化和內(nèi)部運動的主要能量來源之一。因此，地球中微子通量觀測數(shù)據(jù)有望助于理解地球內(nèi)部放射性生熱元素（U、Th、K）分布和約束地球模型，從而為認識地球化學(xué)組成、熱演化史和圈層相互作用等重大地球科學(xué)問題提供新的視角。
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所是JUNO國際合作組成員單位，在JUNO地質(zhì)工程、地球模型、地球熱演化和地球中微子研究中發(fā)揮了積極作用。
主要參考文獻
The JUNO Collaboration. Measurement of reactor neutrino oscillation with the first JUNO data[J].?Nature,?2026, 654(8118): 343–348.
（撰稿：徐亞/油氣理論與方法學(xué)科中心）
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