发现第三种振荡从泡利提出中微子概念至今已有80余年，在中微子假说的提出、中微子的发现及研究中微子的过程中一波九折，其中有不少很有趣的故事，使本来就像幽灵的中微子显得更加神秘。
2012年3月8日，大亚湾中微子实验国际合作组宣布发现新的中微子振荡模式，实验达到了前所未有的精度。这一重要成果是对物质世界基本规律的一项新的认识，对中微子物理未来发展方向起到了决定性作用，并将有助于破解宇宙中“反物质消失之谜”。4月27日，题为《大亚湾中微子实验发现电子反中微子消失》的论文在美国《物理评论快报》正式发表。中微子第三种振荡的确认，振奋了物理学界。许多人认为这是半个多世纪以来中国人最重要的实验物理学成果。
中微子共有三种类型，分别是电子中微子、μ 子中微子、τ 子中微子，中微子可以在飞行中从一种类型转变成另一种类型，称为中微子振荡。这些类型的中微子之间应有三种振荡模式，可以用三个振荡几率（即物理学中的基本参数——中微子混合角）来描述。有两种振荡模式已分别由大气中微子振荡和太阳中微子振荡测得，但第三种振荡模式一直未被发现，理论预计其振荡几率非常小，难以测定，甚至还有理论预言其根本不存在（其数值为0）。但第三种振荡决定了未来中微子实验的发展方向，科学意义重大，确定第三种振荡几率成为国际上中微子实验的热点，先后有7个国家提出了8个实验方案，最终进入建设阶段的只有3个。
大亚湾中微子实验的设想是中国科学院高能物理研究所科研人员2003年提出的，旨在利用中国大亚湾核反应堆群产生的大量中微子来寻找中微子的第三种振荡模式，并制定了实验和探测器的总体设计方案。由于这一方案具有独特的地理优势和独到的设计，得到了国际上的广泛支持，吸引了来自中国大陆、美国、俄罗斯、捷克、中国香港和中国台湾等国家和地区的200多名科学家共同参与。
大亚湾中微子实验位于中国广东省深圳市大亚湾，一个实验厅距大亚湾核电站约2公里，另两个实验厅离核电站约300-400米。实验通过探测中微子与质子的反应来研究中微子，用在岭澳近点、大亚湾近点以及远点三个实验大厅的8个探测器来获取数据，用不同距离间的相对测量来抵消误差。单个探测器为直径5米、高5米的圆柱形，里面充满透明的液体闪烁体，总重110吨。周围紧邻的核反应堆产生海量的电子反中微子，近点实验大厅中的探测器测量这些中微子的初始通量，而远点实验大厅的探测器负责寻找预期中的通量减少。
大亚湾中微子实验示意图
在2011年12月24日至2012年2月17日的实验中，科研人员使用6个中微子探测器完成了实验数据的获取、质量检查、刻度、修正和数据分析。结果表明中微子第三种振荡几率为9.2%，误差仅为1.7%，从而首次发现了这种新的中微子振荡模式（此前，日本、美国和法国的实验室曾测量过这一振荡几率，但由于误差较大，无法给出决定性的结论）。
2012年12月20日，美国《科学》杂志公布了2012年度世界十大科学突破，大亚湾中微子实验发现第三种中微子振荡模式的成果上榜。《科学》杂志的评价是，“如果物理学家无法发现超越希格斯玻色子的新粒子，那么中微子物理可能会代表粒子物理学的未来。大亚湾实验的结果可能就是标志着这一领域起飞的时刻。”
2015年11月9日，被称为科学界“第一巨奖”的“科学突破奖”2016年度的获奖名单在美国揭晓。其中，获“基础物理学突破奖”的5个项目和7名*为：中国大亚湾中微子实验的王贻芳（中科院高能所）和陆锦标（伯克利）；日本KamLAND实验的铃木厚人；日本K2K/T2K实验的西川公一郎；加拿大萨德伯里中微子实验的麦克唐纳；日本超级神冈探测器的梶田隆章和铃木洋一郎。科学突破奖单项奖金高达300万美元，远超诺贝尔奖，这是中国科学家首次获得该奖项。
未来的突破正因大亚湾中微子实验发现了第三种振荡模式，并发现其振荡几率（1-3混合角）远大于预期，因此用现有的技术就可以进行中微子质量顺序测量和CP破坏的研究，这极大地激发了中微子研究的热度。展望中微子研究的未来，国际上有多个中微子新实验被批准或正在申请中，竞争力较强的有：中国的JUNO，美国的LBNE（现为DUNE）、美国在南极洲的PINGU、日本的超超级神冈（Hyper-K），此外还有欧洲的LBNO、韩国的RENO-50、印度的INO，以及美国的NOvA等。可以预期，未来的一二十年中将会有更多的中微子秘密被揭开，各实验之间也将展开激烈的竞争。
江门中微子实验（JUNO）是一个以中国为主、多国参与的大型基础科学研究项目，合作单位在原来大亚湾中微子实验合作组的基础上进一步扩大，目前已有12个国家和地区的62个单位参加，成员达300余人。JUNO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。2015年1月，JUNO正式启动建设，预计2020年建成并开始物理取数，计划运行20年左右。
JUNO位于广东省江门开平市郊打石山地下700米深处，其实验大厅是国内跨度和土石方量最大的地下洞室。为了尽可能多地捕获从核电站飞来的中微子，将建造一个史上最大，12层楼高的空心有机玻璃球，球内充满2万吨能与中微子反应的液体闪烁体，有机玻璃球放置在一个直径40多米、容积5万立方米的水池里，水池中将安装20000只直径20英寸的光电倍增管。JUNO实验装置总造价约20亿元人民币。
江门中微子实验探测器示意图 江门中微子实验探测器示意图
用于探测极微量光子的高性能光电倍增管是中微子探测的关键部件之一，而国际上大口径高性能光电倍增管的制造被日本滨松光子学株式会社垄断。JUNO需要15000只直径20英寸的高性能光电倍增管，中国科学家下决心打破日本公司的垄断，通过自主创新全面掌握核心技术实现国产化。
JUNO光电倍增管的预研早在2008年就已启动，2011年正式成立了由高能所牵头，北方夜视技术股份有限公司等单位组成的研制合作组。历经四年，终于攻克了高量子效率的光阴极制备技术、微通道板、大尺寸低本底玻壳、以及真空光电子器件封装技术等多个技术难点，研制出关键技术指标达到国际先进水平，拥有完全自主知识产权的样管，顺利进入工程化和批量生产准备阶段。北方夜视科技集团有限公司在国际招标中一举击败长期垄断此器件的日本滨松公司，竞标15000只20英寸光电倍增管项目成功，滨松公司得到了另外5000只的合同。2015年12月16日北方夜视与高能所就“20英寸光电倍增管采购合同”举行了签约仪式，合同总金额达2亿多。
高能所与北方夜视的签约仪式，会议桌上放着两个20英寸光电倍增管
中国大亚湾中微子实验的成功积累了宝贵的经验，有理由相信，JUNO有望在未来的竞争中有更加出色的表现，解决国际中微子研究中的下一个热点和重大问题：中微子质量顺序，同时可以进行其他丰富的物理研究，并通过JUNO的建设带动建立一支国际领先的科研团队，巩固中国在中微子研究领域的领先地位，成为国际中微子研究的中心之一。
参考资料
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