35米水晶球裂后修復背后：執念驅動極限挑戰工程

不知道大家有沒有聽說過這個實驗。在去年（2025年），一臺實驗裝置的運行，和航空母艦“福建艦”以及DeepSeek一起寫入了國家的統計公報。這個實驗裝置就是我們的江門中微子實驗。

在2025年的11月19日，這個實驗發布了首個物理成果。我們團隊在實驗裝置運行了兩個月的時間以后，發布了兩個中微子振蕩參數測量精度，并且測量精度超過國際上其他實驗幾十年的積累。運行的結果和數據分析表明，探測器的關鍵性能指標是能完全滿足或者說超越我們的設計預期的。

所以在接到格致論道邀請的時候，我當時就在想要講什么。如果講中微子，我肯定不如我那些做物理專業的同事講得好。所以我就想要不我來講故事吧。

在十幾年前，廣東省江門市開平一個小鎮上，來了一群不會說粵語的人。他們來到了距離核電站不遠的一座打石山下，要在這個地方建一座實驗室。

我們的實驗室就是在這個山下700米的地方。每天我們要坐著小火車，穿過一個1265米的隧道下到下面去。當然了，我們也可以爬到山頭進入實驗室，因為在這個山頭有一個豎井，可以坐罐籠下去。

那么我們為什么要建這樣的一個實驗裝置呢？其實在團隊做大亞灣中微子實驗的時候，科學家們就提出了下一代中微子的實驗計劃。當時是在2012年，在大亞灣中微子實驗發現了第三種中微子振蕩模式以后，關于中微子的下一代研究就展開了激烈的國際科學競爭。當時有三個比較關鍵的、也是比較有競爭力的實驗項目，其中一個是我們國家的江門中微子實驗，我們有時候也叫它JUNO實驗。另外一個就是美國的DUNE實驗，還有日本的Hyper-K。

在這樣一個特別激烈的國際競爭環境下，我們就開啟了一種——用我的話說就是——“既要又要還要”的模式。

為什么這么說呢？因為我們要建一個國際上能量精度最高、規模最大的液體閃爍體探測器。而且這個探測器要求的壽命很長，因為它是要在液體環境下密封運行30年。這個期間你是沒有辦法去做任何的更換，也沒有辦法維護和維修的。另外還要花最少的錢去做最快的事情，我們要盡快把它建出來。

那么最先涉及到的就是方案設計。我們的方案設計是從2013年開始的。當時大概有十幾個方案，來自全世界各個國家還有不同的地區，包括中國的大學研究機構都在設計這種方案。最后經過兩年的不斷評審和淘汰，我們團隊設計的一種叫做有機玻璃球的方案脫穎而出。

實際上在那天宣布結果的時候，我們心里其實并沒有太多的喜悅，反而感到一種巨大的壓力。因為我們知道這個事情太難做了，可我們就是要去啃這塊硬骨頭。

這個方案是什么樣的結構呢？

探測器外面是一個41.1米直徑的不銹鋼網殼，它是我們探測器的外骨架。在外骨架的里頭，這個黃色的部分是透明的有機玻璃球殼，直徑35.4米，也是核心容器。有機玻璃球殼里面會裝一種特殊的液體。

在這個球外面，也就是這個不銹鋼網殼的內壁，我們會裝很多很多這種光電倍增管，它就像探測器的眼睛一樣，負責捕捉中微子信號。外面這個白色的是反符合探測器，它是用來排除干擾信號的。整個探測器是放在一個特別大的水池里邊，這個水池會裝4萬噸的超純水，而球里邊會裝2萬噸的液體閃爍體。

那它是怎么去捕獲中微子的呢？中微子穿過探測器的時候，一般都會悄無聲息地穿過。但在極少數的情況下，它會跟球殼里面這種液體發生一次碰撞，碰撞會產生很微弱的光。

當然我們眼睛是看不見這種光的，這時外面裝的密密麻麻的那些光電倍增管就要上崗了。它會捕捉這一瞬的光并把它轉成電信號，而且是放大了的電信號，最終通過數據把它記錄下來。

當我們去拼這個不銹鋼的“大樂高”時，首先遇到的問題就是：不銹鋼的表面容易打滑，因為它的摩擦力不夠。所以我們研發了一種特殊的表面粗化工藝，把抗滑移系數從0.2提高到了0.5。

另外一個遇到的難題，就是不銹鋼的螺栓和螺母在安裝的時候特別容易咬死。所以我們又研發了一種叫做高強不銹鋼環槽鉚釘的技術，都用在了我們的安裝過程中。

我們還專門安排了一個同事研究怎么排布這個光電倍增管。排布密到什么程度？就是相鄰的兩個之間最小間隙只有3毫米。這樣的話，排布好的光電倍增管的光學覆蓋率就能達到一個極致。

排布地很精巧了，但問題就是安裝的時候頭大了。安裝這么多密密麻麻的倍增管得很小心，不能磕到和碰到，還得擔心干涉裝不上。

這時就有人問：這么難裝，那你為什么不設計成圓柱的，而是要設計成球形的？

我們不是“既要又要”嘛，我們還得省錢呀。因為一個這么大的光電倍增管很貴，我要想達到高覆蓋率的同時又要省錢，所以就考慮到了球形。因為相同體積的情況下，球的表面積是最小的。

其實這里頭最難的還是這個有機玻璃球，就是這個超級大的一個巨型的像水晶一樣的玻璃球。這個球的直徑是35.4米，但它的厚度只有120毫米。

120毫米，大家可能覺得挺厚的，實際上想想玻璃球這么大直徑，如果等比換算的話，它比雞蛋殼都要薄。那為什么不能設計得厚點呢？還是為了省錢嘛，不能設計得太過度了。

接下來是另一個問題，這么大個球，國內有沒有人能做出來？

當時我們在國內調研廠家的時候，心里也是打鼓的。一，我們沒有經驗可談；二，沒有先例。再一個就是，像這種有挑戰的科研難度的制造，其實企業和廠家是掙不到錢的。

非常幸運的是，在這個項目里遇到了國內很多特別有情懷的企業和老總，他們愿意陪著我們去折騰這些特別難的事情。有機玻璃球就是其中之一。

但我相信他們的老總當時肯定沒有想到，后面會遇到那么多的磨難。

首先是我們要做全世界最純凈的有機玻璃板。當時他們在工廠開辟了一條我們實驗專用的低本底的有機玻璃生產線。就是從原料、輸送管道、反應釜、以及它聚合反應的水池，整個零污染。

在這樣嚴格的環境下，我們生產出的板材，它的天然放射性純度達到了＜1ppt，也就是萬億分之一，遠好于國際水平。

當平板做好以后，我們要把它烘彎成球面板。但當把球面板從烘房拿出來的時候，我們發現它的透光率下降了。雖然下降得不多，大概就是2%。但是透光率也是我們實驗的一個重要指標，對我們來說這是接受不了的。于是我們又花了一年的時間跟工藝做斗爭，最終我們這個球面板的透光率達到了96%以上。

有人就會好奇問：你這么大一個玻璃球，它怎么跟外面的鋼結構連接呢？你又不能在球上打孔。

其實我們是在這個球的面板上設計了一些連接節點，這個連接節點里頭是有不銹鋼件的。這些不銹鋼件是預埋到有機玻璃板里頭的。這個節點又要做得很結實，但又不能把有機玻璃給拉壞了或者是壓壞了，所以我們也是經過了很多的設計與工藝優化。

最終比較開心的就是我們節點的承載能力從最開始的32噸提高到了100噸。

什么是本體聚合呢？你可以把它簡單地理解為，通過在兩塊板中間灌膠水的方式將兩塊板粘在一起，并且膠水和板材的成分一樣，這就叫本體聚合。它是一種化學反應，它會讓拼接段兩邊的分子鏈拉上手。

但使用傳統的本體聚合工藝，我們粗算了一下，大概5年都不一定能做完。這個工期我們肯定是接受不了的，所以我們必須要采取創新的工藝去做這個事情。

那創新肯定就有挑戰，里頭可能就有新的問題。所以我們在廠里也做了很多的實驗和測試，直到我們覺得沒問題了，就很有信心了。

我們打算到了現場就開始干。但到現場以后很多人發現，現場的情況和我們想象的是完全不一樣的。

大家有沒有看到這里頭的人在哪？這個人是在球頂上，這個黃色的圈里邊。由此就可以想象到這個裝置有多大。我們每天都要爬到這么高的地方去作業。

我們不只是爬不銹鋼的“大樂高”，還要爬這個38米的平臺。

每天上去工作，我們要在這樣大的有機玻璃球的外面去爬那種軟梯到球上，在球的表面上來回走和檢查，有時候還會要爬這種繩網。

當時我們就說，來JUNO的人，首先要學會飛檐走壁。我們經常也開玩笑：我們這個團隊，以后組個團去參加攀巖比賽，肯定能贏。

就這么爬呀爬呀，我覺得我的恐高癥都治好了。

但再到后面，爬這個球的時候就比較輕松了。雖然說體力是一個問題，你會覺得體力不支，但恐懼感是沒有了。

另外這個探測器有個毛病：它有潔癖。

為什么這么說呢？這個探測器里邊要裝2萬噸的液體，但液體里邊灰塵允許的總量不能超過8毫克。這是個非常非常變態的要求了。

探測器從原材料的選擇到生產，再到現場安裝的每一個步驟，都是通過我們物理學博士的計算。算出來有什么樣的要求，在現場安裝的時候，我們就按照這種執行標準和檢測標準去要求工人。尤其在這個潔凈管理的過程中，就會很容易出現一些小爭執。

因為工人是不理解你為什么這么要求的。他說：“我已經很干凈了呀，我擦得很干凈了。我家里都沒這么干凈，你為什么還要老是批評我？”

這個東西就是一種理解上的差異嘛，我們就給他講為什么我們這么要求。他們就經常很崩潰地說：“你們這個女同志來管我們就算了，要是換個男的，我早就跟他干一架了。”我說：“那你看，我們領導肯定也是這么想的，所以他才這么安排，是不是？”

但在溝通的過程中，除了他們不理解我們，其實有時候我們也確實會誤會他們。

在貼這個紙之前有一道工序，有些地方要涂膠，要求是涂完膠后24小時，才能再去貼水溶紙。

但有一天，我們爬到球上去檢查的時候，發現有些地方的紙跟球粘上了。當時我就特別生氣，因為這就意味著要返工。我就批評那些工人，但工人特別委屈，跟我說：“我肯定是超過24小時了。”

我當時就在想，這是什么原因呢？后來我突然想到，這會不會是因為濕度的問題？因為24小時的數據是在北京的實驗室測出來的，但在廣東地下它濕度會更大。于是我們就趕緊再做實驗，事實證明確實是冤枉工人了，所以我們趕緊道歉。

其實像這些工作中的摩擦可能真的不算啥，真正讓我們崩潰的還是這個球的制作過程。因為有那么幾個月的時間，我們一直處在一種——球裂了、修，修好了、裂，裂了再修——這樣一種痛苦的循環中。

同事看著下面，跟我說：“馬老師，一會兒這個裂紋會不會裂開？咱倆就掉下去了。”

那天真的很崩潰，中午我們倆也沒有上去，沒有升井，也沒有去吃飯。我們就在這個球上一直坐著，也不說話。

后來我給當時一位領導曹俊老師發了個微信，我說我感覺要崩潰了，他就淡淡地回了我四個字：沒有就行。因為他知道這種崩潰的時刻，我們不是第一次經歷，可能以后也還會有。等情緒緩解了以后，還得繼續往下走嘛。

那幾個月真的是到了一種自我懷疑的程度，但比較慶幸的是我們是一個大團隊，很多人都是在互相扶持、互相鼓勵。包括我們首席科學家王貽芳院士。他每次去現場，也會爬到這個大球上，跟我們一起討論，一起想辦法解決問題。

最后終于，我們這個頗受質疑的大球建完了。

2024年12月18日，這是我比較難忘的一個日子，我們探測器終于建設完成了。隨后我們就開始啟動液體灌裝。當看到水從池底涌到探測器這個地方的時候，我們特別激動。

但這個灌裝并不是結束，真正對探測器的考驗才剛開始。

因為我們整個探測器灌注分兩個階段。第一個階段是內外都灌超純水；第二個階段是把里頭的超純水用我們生產出來的純凈液閃給它置換掉。

在這個過程中，這個球的受力是始終變化的。當整個液體閃爍體把水置換完的時候，這個球的受力達到一個最大的值，就是3000噸的浮力。

我們當初設計的時候，為了省錢，選擇水而不是白油（礦物油）作為外層的屏蔽層。但換成水后，因為里面的液體比外面的水輕，球體承受了很大的浮力，給我們的工作帶來了很大的困難。

這8個月特別揪心，在灌注的期間你要天天盯著數據看，每天開例會都會不停地被問到：這個感力變了沒有？溫度穩定嗎？氡含量有沒有超標？液閃質量合不合格？一直在擔心這些問題。

終于在2025年8月22日的時候，我一個同事特別開心跟我說：馬老師我拍到了現場的彩虹，特別漂亮。我當時就在想，今天應該是個好日子，一定有好事發生。

就在當天晚上10點12分的時候，我們的探測器順利地完成了灌注。我就跟他說：“真的一切都是那么剛剛好。”

經過了三天的刻度校準，在8月26日的時候，探測器正式進入了運行。我們把戰場交給了物理分析的團隊。團隊的一個老師說：“工程團隊都拼了這么多年了，我們團隊也得接力再去拼這個速度。”

物理分析的一個難點就在于什么呢？因為每天都有1.4×1018個中微子穿過探測器，這是相當大的一個量級，但是能夠跟探測器發生反應、留下點蛛絲馬跡的就幾十個。

我們物理分析團隊如果要在海量的數據中去找出來這幾十個中微子，那就要有正確的方法去做篩選，去做判斷。那幾個月的物理分析團隊辦公室，幾乎都是通宵亮著燈，據說他們都是排班接力在跑程序。

他告訴我，師兄師姐每次畢業的時候，就會把他們的小鴨子放在他這，所有畢業的都會放在他這。我說其實師兄師姐留下的肯定不是這些小鴨子，他們留下的是自己沒有看到的這個實驗結果，他們留下的是他們的心愿，還有一份執念。

在發布會那天，我們團隊一個俄羅斯的物理學家跑過來問我，他說你有沒有發現我在你那個圖上加了一個小人？我一看，好有意思。于是我就把這個圖發給這個技術人員，他說：我看到了，那個小人是我。

這個球真的是承載了太多太多的執念。確實是這樣的，經歷過的人才懂。

就這么經過了十幾年非常漫長又非凡的歷程。2026年1月18日，在實驗有了一些回響的時候，我們開了一次工程建設的總結會。在這個會上，好多老總發言時都特別開心，也特別自豪。他們說我們做到了，我們沒有給中國的企業抹黑。但是在會后，他們接受采訪的時候，一提到這個研制過程，很多人就繃不住了，尤其是有機玻璃球公司的老總。

他當時就淚如雨下，他說：“我經歷過一段非常迷茫和非常恐慌的日子，那段時間真的是太崩潰了。”但是情緒緩過來以后，他又特別開心地跟我們說：“做完你們這個大項目，經過歷練以后接了好多國外的單，還有意大利的實驗團隊都來找我合作。”

我想其實這也是基礎研究對國家、對社會的一種回饋和貢獻吧。但說真的，我們的確很難跟大家講清楚基礎研究到底在做一件什么樣的事情。

我想其實很多人也都想知道，這么多人到底在做一件什么樣的事情，這個實驗到底是什么？

有一天，經常給我們送貨的貨車司機——一個20多歲的小伙子，站在井口問我：“老師你們研究的到底是什么東西，中微子到底是什么？”

我當時腦子里閃過很多答案，我想說：“中微子是組成物質世界的基本粒子；中微子不帶電；中微子特別輕；它能穿透地球......”可我想了半天，這些答案可能都不是他想聽的。于是我就把這個問題發微信給曹老師。我說曹老師如果是你，你怎么回答？結果曹老師作為一個研究中微子幾十年的研究員，他也不知道怎么回答。他又把這個問題拋給了微博，很有意思。

但是在跟工人聊天的時候，他說雖然我不知道你們到底在研究什么，但是我覺得這一定是一件很值得驕傲的事情。不光我自己，我們的家人都跟著我特別驕傲。

再有一次，我們在現場給工人做科普講座的時候，我一個同事說了一段話，我覺得說得特別好。這段話讓我覺得我們真的是在做一件特別特別浪漫的事情：“我們在地下700米擁有一片屬于我們自己的浪漫‘星空’。”

我們還有一個愿望，就是希望我們的研究能給更多的人心里邊埋下科學的種子。

他說的這首歌是我們2024年度的一首歌。因為當時有一些自媒體報道老說我們中微子是不是“阿飄”啊，說科學家是不是在地下700米在抓鬼呀。那會兒這種說法很多，我們就根據這個情況，做了一首Rap歌曲——《別叫我幽靈》。

經歷了十幾年的建設，我們的實驗可以說是真的做到了“既要又要還要”。我們的經費只有美國的1/7，日本的不到一半。但我們建成了首個國際新一代的最大規模的、最高精度的中微子探測器，比日本、美國同類實驗的計劃要超前3到8年。

我們JUNO工程建設的故事，可以說是結束了，但是我們科學的收獲才剛剛開始。