对亚原子世界的研究彻底改变了我们对宇宙定律的理解，让人类对于深层问题有了前所未有的见解。从历史上看，这些问题在哲学领域一直存在：宇宙是如何形成的？宇宙为什么会这样？为什么这些东西存在。
从两个相距1300公里物理实验室之间，追踪从地球上穿过的叫做中微子的幽灵粒子。现在科学家已经在构建设备方面迈出了关键的一步，这将有助于我们回答这些问题。
9月18日欧洲核子研究中心和费米实验室宣布深地中微子实验向前迈出了一大步，他们已经通过立方形探测器ProtoDUNE记录下了第一个粒子轨迹。这个项目也将是未来二十年美国进行的旗舰粒子物理研究项目。ProtoDUNE大约有三层楼大小，是深地中微子DUNE实验中未来将使用的更大探测器的原型，这个宣布意味着科学家所运用的技术有效
DUNE探测器将位于芝加哥郊外的费米国家加速器实验室和位于南达科他州的桑福德地下研究中心（简称SURF）。当实验启动并运行时，费米实验室的一个强大的粒子加速器将会产生一束被称为中微子的亚原子粒子束，从地球上穿过，而在SURF研究中心可以被探测到。
中微子是亚原子世界的幽灵，能够在几乎没有任何相互影响的情况下穿过整个地球。中微子过去曾多次让科学家感到惊讶。从它们前所未有的穿越物质的能力，到他们对物质和反物质的截然不同的处理方式，以及它们从一个版本进化到另一个版本的能力，中微子一直让整个科学界为之着迷。
反物质听起来像科幻小说，但它确实是真实的。反物质是物质的反面; 将物质和反物质结合在一起，它们将湮灭成纯粹的能量。1928年提出了反物质概念，1931年首次发现反物质。在这几十年间，科学家对其进行了极其详细的研究。它的大多数情况被理解了，但还是有着让人困惑的神秘面纱。
当我们将能量转换成反物质时，我们会产生相同数量的物质。这是一门公认的科学。这不是问题所在。问题在于，如果我们把这个发现和大爆炸的想法结合来看，就会发现端倪。毕竟在宇宙大爆炸之后不久，宇宙充满了能量，它应该同样地转化为物质和反物质。然而我们的宇宙完全是由物质构成的。那么反物质在哪里呢？这个问题没有答案; 也许对物质和反物质中微子的仔细研究可能会揭示出不同之处。
像其他亚原子粒子一样，中微子和反物质中微子，它们有一个叫做“自旋”的量，虽然不完美，但与小的旋转球有相似之处。中微子和反中微子在相反的方向旋转。如果你发射中微子束，它就会向你的方向靠近，你可以盯着中微子的自旋轴;你会看到它们以顺时针方向旋转，而反中微子则向相反的方向旋转。因为中微子和反中微子的自旋是相反的，这就确定了两者之间的区别。也许这种差异意味着研究中微子的物质和反物质类似物将会为这一谜题提供线索。
中微子的另一个特性使它们在缺失反物质的难题中变得有趣，它们可以从一个身份转变为另一个。科学家已经发现了三种不同类型的中微子。一种与电子有关，被称为电子中微子。另外两个与名称为muon和tau的亚原子粒子有关，它们是电子的近亲。
如果你从观察一束电子中微子开始，然后过一会儿再看它们，你会发现电子中微子比你开始时要少，但是有足够的μ子和tau中微子来弥补缺失。中微子并没有衰变;它们相互转换。中微子的变形，科学家称之为振荡，自20世纪60年代以来，研究人员就一直对此有疑问; 1998年他们很确定这是真的，并且在2001年成功论证。中微子振荡的发现获得了2015年诺贝尔物理学奖。
DUNE实验有几个研究目标，但也许最迫切的是要首先测量中微子振荡，然后是反中微子的振荡。如果它们不同，那么理解该过程可能会更有助于我们理解为什么宇宙仅由物质构成。简而言之，它可以解释为什么人类存在这种哲学和物理难题。
DUNE实验将包括两个探测器复合体，一个较小的安装在费米实验室，四个较大的安装在SURF研究中心。一束中微子将离开费米实验室，向1300公里外的探测器前进。费米实验室和SURF研究中心探测器将对不同类型的中微子的比例进行测量。由于中微子振荡所引起的差异将被测量，然后同样的过程也将应用于反中微子的过程。
未来在DUNE实验中使用的技术涉及大量液态氩，这样温度将会达到零下184摄氏度，液态氮中的中微子相互作用的过程将被检测到。位于SURF地下研究中心的四个探测器，每一个都像四层建筑一样又高又宽。每个探测器中将包含17,000吨液态氩。相比之下，目前的ProtoDUNE探测器是一个小得多的原型设备，仅由800吨液态氩组成。它的体积可以容得下一个小房子。
新发布的公告表明，DUNE实验核心采用的液态氩技术是一个不错的选择。第二台ProtoDUNE探测器也将在几个月后上线。第二个版本使用略微不同的技术，来观察由稀有中微子相互作用引起的粒子轨迹。这两个探测器的测试结果将指导科学家对探测器组件的最终设计做出决定。DUNE将在未来十年内建成，第一批探地测器模块计划于2026年投入使用。
联系客服
