??? 江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)旨在通過(guò)精確測(cè)量中微子質(zhì)量順序、太陽(yáng)中微子等，為粒子物理學(xué)提供重要數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)中的液閃探測(cè)器對(duì)能量標(biāo)定和能量分辨率的要求極為嚴(yán)格，因此，精確的刻度系統(tǒng)對(duì)于實(shí)現(xiàn)江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)的能量標(biāo)定（能標(biāo)）和能量分辨率目標(biāo)至關(guān)重要。

??? 搭建全新的刻度系統(tǒng)遇到哪些難題？近日，記者對(duì)話上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院教授、江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)刻度系統(tǒng)負(fù)責(zé)人孟月，深入了解她帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)搭建全新刻度系統(tǒng)的故事。

孟月

??? 設(shè)計(jì)“潛水艇”進(jìn)入探測(cè)器進(jìn)行刻度

??? 記者：孟老師，您好！據(jù)我們了解，精確的刻度系統(tǒng)對(duì)江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要。那么，該實(shí)驗(yàn)刻度系統(tǒng)包括哪些？分別有什么作用？

??? 孟月：刻度系統(tǒng)其實(shí)相當(dāng)于提供了一個(gè)能量標(biāo)尺。中微子打到探測(cè)器里會(huì)發(fā)光，但光子數(shù)量和能量并非絕對(duì)對(duì)應(yīng)，我們需要通過(guò)刻度系統(tǒng)來(lái)理解有多少個(gè)光子、對(duì)應(yīng)多少能量。這個(gè)標(biāo)尺有量程和最小分辨能力，量程要覆蓋反應(yīng)堆中微子、太陽(yáng)中微子、大氣中微子等，同時(shí)要達(dá)到3%的能量分辨率，才有可能分出中微子的質(zhì)量順序，所以它是一個(gè)非常精密且量程大的“尺子”。

??? 刻度系統(tǒng)由很多布放系統(tǒng)以及各種放射源和激光器組成。由于探測(cè)器是高達(dá)35米的巨大球體，我們需要用多套布放機(jī)構(gòu)把放射源放在探測(cè)器不同位置，以理解探測(cè)器對(duì)能量的響應(yīng)。我們?cè)O(shè)計(jì)了多維度布放系統(tǒng)，包括從中軸線放入放射源的系統(tǒng)、平面移動(dòng)系統(tǒng)，還有一個(gè)帶著放射源在探測(cè)器里“游走”的“潛水艇”，通過(guò)這些來(lái)查看探測(cè)器在不同位置、不同能量下的響應(yīng)情況。

??? 記者：這套系統(tǒng)是實(shí)驗(yàn)開(kāi)始就規(guī)劃好了，還是后期安裝過(guò)程中逐步完善的呢？

??? 孟月：第一套系統(tǒng)是基于大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)研發(fā)的，相對(duì)成熟一些。但大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)的探測(cè)器較小，一套系統(tǒng)就夠用，江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)的探測(cè)器高達(dá)35米，一套系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)初期就考慮到要在平面或三維空間設(shè)計(jì)系統(tǒng)，不過(guò)當(dāng)時(shí)世界上還沒(méi)有同類系統(tǒng)，我們進(jìn)行了大量新的研發(fā)。

??? 記者：搭建江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)刻度系統(tǒng)相較于一般的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，有哪些難點(diǎn)？

??? 孟月：我們遇到了非常多、難以預(yù)見(jiàn)的困難。比如，我們?cè)O(shè)計(jì)的“潛水艇”本以為能像普通核潛艇一樣進(jìn)入探測(cè)器后穩(wěn)定?？窟M(jìn)行刻度，但實(shí)際上它會(huì)在探測(cè)器里飄來(lái)飄去，停不下來(lái)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們研發(fā)了新的電纜，對(duì)“潛水艇”進(jìn)行改進(jìn)。我們對(duì)精度要求更高，位置精度更嚴(yán)苛，和工業(yè)核潛艇在技術(shù)上有很大不同，因此針對(duì)這些特殊要求，做了很多改進(jìn)。

??? 刻度系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)取數(shù)系統(tǒng)會(huì)“自動(dòng)溝通”

??? 記者：為了保障實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌_(kāi)展，您和您的團(tuán)隊(duì)做了哪些工作？在這個(gè)過(guò)程中遇到了哪些沒(méi)有預(yù)見(jiàn)的困難？又是如何解決的？

??? 孟月：除了前面提到的“潛水艇”問(wèn)題，還有很多技術(shù)難題。比如我們有一個(gè)二維刻度系統(tǒng)，是在平面上掃描不同點(diǎn)。探測(cè)器需要透光且低放射性，所以不能用硬的機(jī)構(gòu)運(yùn)行，我們?cè)O(shè)計(jì)用兩根繩牽引放射源在平面上運(yùn)動(dòng)。

??? 由于探測(cè)器尺寸大，即便用了鋼絲繩，系統(tǒng)也變得非常柔性，難以控制和定位。后來(lái)，我們又做了各種升級(jí)，對(duì)放射源進(jìn)行定位和控制改進(jìn)，還進(jìn)行了重復(fù)性測(cè)試等。另外，定位精度要求也很高，要達(dá)到1‰的定位精度，且是柔性系統(tǒng)，這在世界上還沒(méi)有先例。在功效方面，我們要求系統(tǒng)可靠運(yùn)行20年甚至30年，柔性系統(tǒng)要達(dá)到這個(gè)要求并不容易，中間遇到過(guò)鋼絲繩斷裂、材料不兼容等問(wèn)題，不過(guò)現(xiàn)在表現(xiàn)還不錯(cuò)。

??? 在設(shè)備運(yùn)行保障方面，我們有多套布放設(shè)備，從不同維度布放放射源，材料都按20年使用壽命進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試和老化測(cè)試。有些放射源5年后會(huì)衰變沒(méi)了，需要重新定制。我們?yōu)樘綔y(cè)器設(shè)計(jì)了類似手套箱的結(jié)構(gòu)，可以在外面操作將新放射源放入。而且所有刻度系統(tǒng)都是全自動(dòng)的，我們?cè)谏虾＞湍苓h(yuǎn)程操作?？潭认到y(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)取數(shù)系統(tǒng)會(huì)“自動(dòng)溝通”，如果出現(xiàn)問(wèn)題，系統(tǒng)會(huì)通知專家進(jìn)行人工干預(yù)。

??? 記者：江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)預(yù)計(jì)將于8月底開(kāi)始取數(shù)，當(dāng)您第一次看到探測(cè)器亮起時(shí)，最想說(shuō)什么？

??? 孟月：看到探測(cè)器發(fā)光時(shí)，我既興奮又擔(dān)心。興奮是因?yàn)榭吹綄?shí)驗(yàn)有了進(jìn)展，擔(dān)心則是怕自己的系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題。所以我希望探測(cè)器能順利度過(guò)20年甚至更長(zhǎng)時(shí)間。

??? 記者：如果重新回到項(xiàng)目開(kāi)始前，您還會(huì)選擇來(lái)建設(shè)江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)嗎？

??? 孟月：我會(huì)毫不猶豫地加入。不過(guò)如果能回到項(xiàng)目開(kāi)始前，我可能會(huì)避開(kāi)很多遇到的“坑”，更快地把這套系統(tǒng)做出來(lái)，并改進(jìn)一些問(wèn)題?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)就是這樣，一路上有很多“坑”，填平一個(gè)就繼續(xù)往前走，而且現(xiàn)在技術(shù)發(fā)展更好，工業(yè)體系也更完善，在技術(shù)、材料和工藝上都有所改進(jìn)。

【策劃：谷江民 謝敏 統(tǒng)籌：王平強(qiáng) 王鼎強(qiáng) 撰文：張浩洋 供圖：譚熏清】