中微子是亚原子粒子家族中的奇葩。它们无处不在，从太阳、外太空和地球倾泻而来，每秒以数万亿的速度穿过我们的身体。这些粒子非常微小，很少与任何物质相互作用，这使得它们非常难以捉摸，也很难研究。此外,虽然中微子它们有不同的类型或口味，当它们以接近光速飞行时，可以从一种类型切换到另一种类型。科学家们相信，这些奇怪的行为可能会揭示宇宙的历史和物理学的未来。

经过近6年的挖掘，一个巨大的中微子实验室正在中国南方起伏的山丘上成型，在香港以西约150公里处。江门地下中微子天文台(JUNO)将是世界上最强大的中微子实验之一，与日本的Hyper-Kamiokande (Hyper-K)和中国的超级探测器一起深地下中微子实验(DUNE)“朱诺”将利用附近的两座核电站作为中微子源，旨在更多地了解这些粒子，并回答一个基本问题:中微子是如何产生的三种已知中微子的质量彼此比较?尽管研究人员知道这些粒子的质量很小，确切的数量是未知的．现有证据表明，其中两种味道的质量很接近，而第三种则不同。但科学家们不知道第三种类型比其他类型更重还是更轻:前一种情况被称为“正常质量排序”，后一种被称为“倒质量排序”。

伊利诺伊州巴达维亚费米国家加速器实验室的理论物理学家Joseph Lykken说，中微子的质量顺序是研究人员要确定的一个关键参数。“事实上，所有其他事情都取决于这个问题的答案，”他补充道。例如，这个答案可以帮助科学家更好地估计宇宙中中微子的总质量，并确定它们是如何影响宇宙的形成和星系的分布的。尽管中微子是所有已知物质粒子中最轻的，但宇宙中中微子的数量如此之多，它们一定对普通物质的分布方式产生了很大的影响。了解中微子质量是如何排列的也有助于解释为什么粒子有质量，这与之前的预测相矛盾。

超过650名科学家参与了JUNO探测器的研究，其中近一半在中国以外。JUNO探测器于2008年首次提出。今年晚些时候或2021年初，研究人员将开始组装该实验的13层楼高的球形探测器。在内部，它将被43000个光探测光电管覆盖，并充满2万吨特制液体。在地下700米的地方，一个电子反中微子(一种由核反应堆产生的特定类型的粒子)会撞击到一个质子，并在液体中引发反应，这将导致两道相距不到一毫秒的闪光。加州大学欧文分校的粒子物理学家Juan Pedro Ochoa-Ricoux说:“这个小小的‘巧合’将被视为一个反应堆中微子信号。”他是JUNO两个光电管系统之一的联合负责人。

当中微子从53公里外的核电站到达探测器时，只有大约30%的中微子会保持原来的身份。中国科学院高能物理研究所(IHEP)的JUNO副发言人曹军(Jun Cao)表示，其余的将转向其他口味。中科院是该项目的领导机构。天文台将能够非常精确地测量这个百分比。

一旦投入使用，JUNO预计每天能看到大约60个这样的信号。然而，为了从统计学上对大规模排序问题给出令人信服的答案，科学家们需要10万个信号——这意味着必须进行数年的实验才能找到它。与此同时，JUNO将探测和研究来自其他来源的中微子，包括每天来自太阳的10到1000个粒子，以及如果超新星在距离地球一定距离处爆炸时突然涌入的数千个粒子。

JUNO还能从地表以下捕捉到所谓的地中微子，在地表以下，铀238和钍232等放射性元素会自然衰变。马里兰大学的地质学家威廉·麦克多诺(William McDonough)说，迄今为止，研究地中微子是了解地球下面还有多少化学能驱动我们的星球的唯一有效方法。麦克多诺从实验初期就参与了这项实验。他说:“朱诺是这方面的游戏规则改变者。”尽管日本、欧洲和加拿大现有的探测器加起来每年能探测到大约20个地中微子事件，但仅JUNO一个探测器每年就能探测到400多个地中微子。

JUNO发言人兼IHEP主任王贻芳说，目前实验正在处理一个洪水问题，这个问题已经把建设计划推迟了两年。工程师们每天需要抽出1.2万吨地下水，但水位已经大幅下降。在建造地下实验室时遇到洪水的问题并不罕见——安大略省的萨德伯里中微子天文台也遇到过这样的问题。王认为，在建设完成之前，问题将得到解决。

王说，JUNO应该在2022年底或2023年初启动并运行。到本世纪末，DUNE和Hyper-K也将加入。使用基于加速器的中微子，DUNE将能够以最高的精度测量粒子的质量顺序。它还将研究一个被称为CP违背的关键参数，这是一种衡量中微子与反物质的不同之处的方法。这项测量可以揭示这些微小粒子是否是宇宙大部分由物质组成的原因之一。Lykken说:“JUNO关于中微子质量排序的结果将帮助DUNE尽可能地发现和测量CP违反。”前一个实验，以及其他正在开发的中微子天文台，也可能揭示一些科学家没有预测到的东西。Lykken说，中微子研究的历史表明，这些粒子经常表现得出乎意料。“我怀疑这些实验的结合将会产生惊喜，”他补充道。

编者注(9/24/20):这篇文章在发布后被编辑，以纠正工程师每天必须从实验现场泵出的水量。它还被更新到指定两个发电厂和实验探测器之间的距离。