该图显示了由Borexino探测器测量的来自地球内部的中微子，产生了最终的能谱。x轴显示信号的电荷（光电子数量），它是检测器中沉积的能量的量度，而y轴显示所测量事件的数量。图片：Borexino Collaboration

参与Borexino合作的科学家提出了测量源自地球内部的中微子的新结果。难以捉摸的“幽灵粒子”很少与物质相互作用，从而使其难以检测。通过此更新，研究人员现在已经能够获得53个事件的数据，几乎是之前对Borexino探测器数据分析的两倍，该探测器位于罗马附近Gran Sasso断层中地表以下1400米处。结果提供了对直到今天仍然令人费解的地球内部过程和条件的独到见解。

地球是闪耀着的，即使肉眼不可见。原因是地球中微子，它是在地球内部的放射性衰变过程中产生的。每秒钟，约有一百万个此类难以捉摸的粒子穿透地球每平方厘米的表面。

Borexino探测器是世界上最大的地下实验室，位于意大利的Gran Sasso国家实验室，是世界上少数能够观测这些幽灵粒子的探测器之一。自2007年以来，研究人员一直在使用它来收集有关中微子的数据。到2019年，他们能够记录的事件数量是2015年上一次分析时的两倍，并将测量的不确定性从27％降低到18％，这也是由于采用了新的分析方法。

Borexino目前的两个科学协调员之一利维亚·卢多瓦（Livia Ludhova），同时也是Forschungszentrum Jülich核物理研究所（IKP）中微子小组负责人，解释说：“中微子是地球内部发生的放射性衰变的唯一直接痕迹，它产生的能量尚不明了，它驱动着我们星球的所有动力。

Borexino探测器的内部。图片：Borexino Collaboration

与Borexino合作的研究人员提取了来自地幔以下的中微子信号，这些信息具有更好的统计意义。

强烈的磁场、不断的火山活动、构造板块的运动和地幔对流：在整个太阳系中，地球内部的状况在许多方面都是独特的。200多年来，科学家一直在讨论地球内部热量来自何处的问题。

“现在首次可以在99％的置信度水平上排除地幔深处不再存在任何放射性的假设。这使得可以为地球地幔中的铀和钍丰度设定下限。”利维亚·卢多娃（Livia Ludhova）说。

这些值对于许多不同的地球模型计算都是有意义的。例如，地球内部的放射性衰变过程极有可能（85％）产生地球内部热量的一半以上，而另一半仍主要来自地球的原始结构。因此，地球中的放射性过程提供了不可忽略的一部分能量，可为火山、地震和地球磁场提供能量。

Phys Rev. D最新出版的文章不仅提供了新的结果，而且还从物理学和地质学的角度对分析进行了全面的解释，这将对下一代测量地球中微子的液体闪烁体探测器有所帮助。现在，对中微子进行研究的下一个挑战也许是利用地球上不同位置分布的探测器来获得更高的探测精度。其中一个这样的探测器将是我国江门中微子实验（JUNO），IKP中微子部门也参与了此项目。该探测器的尺寸将是Borexino的70倍，这有助于在短时间内获得更高的统计意义。

江门中微子实验

江门中微子实验将设计、研制并运行一个国际领先的中微子实验站，以测定中微子质量顺序、精确测量中微子混合参数，并进行其它多项科学前沿研究。

【科学研究】中微子的质量顺序，是国际中微子研究的核心问题。日本、美国、欧洲、印度、韩国等5个国家有7个实验正在计划或已进行这方面的研究。江门中微子实验将测量中微子质量顺序，精确测量中微子混合参数，同时也将研究大气中微子、太阳中微子、超新星中微子、地球中微子等，具有丰富的物理目标。

【实验建设】江门中微子实验2015年开始建设，计划2022年建成并开始运行取数。建设内容包括：位于地下700米的地下洞室、大型的水池、一个装满2万吨液体闪烁体和光电倍增管的中微子探测器以及少量配套的设施。实验本身不产生废气、废液等有害物质，对周围环境也不产生有害影响。

2万吨的液体闪烁体探测器，位于地下700米，能量分辨率达到前所未有的3%。液体闪烁体是探测中微子的介质。当大量中微子穿过探测器时，偶尔会在探测器内发生反应，发出极其微弱的闪烁光，从而被光敏器件（光电倍增管）探测到。液体闪烁体99.7%的成份是烷基苯，是日用洗涤剂的主要原材料，具有无毒、易生物降解、火灾风险低等优点。

液体闪烁体密封在钢和有机玻璃制作的容器中，然后浸泡在一个巨大的水池中。水池中也安装光电倍增管，用来探测宇宙线。

在我们生活的日常环境中，实际存在大量的宇宙射线和来自岩石、空气、灰尘的天然放射性。如果不加任何屏蔽，它们在探测器中产生的信号将比稀有的中微子信号多上亿倍。因此，中微子探测器需要一个极其干净的环境：需要放在很深的地下，用岩石来阻挡宇宙射线；需要泡在水池中，用水来阻挡来自岩石、空气、灰尘的天然放射性。

【实验地点】江门中微子实验将建于广东江门开平市金鸡镇、赤水镇一带的打石山。

江门中微子实验的大气中微子、太阳中微子、超新星中微子、地球中微子等研究对具体实验地点没有要求，但最重要的科学目标——测量中微子质量顺序，要求位于距反应堆约60公里，来自反应堆的中微子在此处振荡效应最明显。打石山正好位于距阳江和台山反应堆等距的53公里处。同时，山体也能屏蔽宇宙射线。