Nature封面文章！中山大学分析测试中心参与的江门中微子实验（JUNO）研究取得重要进展
2026年6月10日，江门中微子实验（JUNO）国际合作组以封面文章的形式在国际学术期刊《Nature》上发表了JUNO首个物理成果。文章报告了JUNO在2025年8月建成后，仅用59.1天的数据，实现了迄今为止对中微子的两个振荡参数sin2θ12和Δm221最精确的测量，相较于过去数十年多项实验的综合结果，精度提高了1.6倍。该项成果验证了探测器的卓越性能，在中微子振荡物理步入精确测量之际，确立了JUNO在新时代的关键地位，为未来确定中微子质量顺序奠定了基础。
图1 JUNO首个物理成果以封面文章形式发表在《Nature》上
（来源：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10538-z）
中微子不带电，质量非常轻，只参与非常微弱的相互作用，具有极强的穿透力，很难被探测到。在所有基本粒子中，人们对中微子了解最少。JUNO探测器位于广东江门地下700米深处，是一个直径35.4米、重约600吨的球形低本底有机玻璃探测器，中心探测器内装有2万吨液体闪烁体，当反应堆中微子与液闪相互作用，就会发出微弱的闪烁光，在黑暗环境中被数万个光电倍增管所捕捉。
图2 JUNO探测器示意图
一、我校物理学院唐健教授支撑内容
为了让JUNO实现精确测量中微子能量，从而精准测定中微子振荡参数，其设计无论是尺度还是纯净度要求，在世界上均无先例。有机玻璃（PMMA）是直接接触液闪的材料，质量巨大，对其强度和放射性纯度的要求十分苛刻。我校物理学院唐健教授研发PMMA聚合反应实时监控系统，开发了本体聚合的自动化工艺，经过驻厂测试和评审，解决了中心探测器有机玻璃节点早期强度不足的工艺问题，后期和德国美因茨大学深度合作研制液闪-氡本底实时监测探测器OSIRIS。OSIRIS作为JUNO前级探测器，用于在液闪注入主探测器前进行最后的纯度验证，为本底监测提供保障。
二、分析测试中心支撑内容
我中心刘洪涛正高级实验师作为JUNO国际合作组成员以及OSIRIS子课题负责人，开发了关键材料PMMA中超低放射性本底的检测方法，为PMMA工艺优化及质量控制提供关键性保障技术。
探测器材料中放射性核素的衰变会发射α、β、γ等射线，影响探测器的灵敏度，因此，要严格控制探测器中的放射性核素含量。在JUNO建设期间，为了保障探测器史无前例的超低本底设计要求，对PMMA中238U、232Th及40K的含量要求须低于1 pg/g（10-12g/g），因此，相应的检测方法检出限须达到10-13g/g级别，这相当于在200万吨的大米中找到一颗玉米粒。
传统的放射性测量方法（如α、β能谱仪、中子活化分析等）灵敏度不足，检测限高，且样品量大、测量时间长，无法满足实际需求。分析测试中心无机机组采用电感耦合等离子体质谱法，通过分离富集、增大样品量、对比不同前处理方法、分析及降低各种来源空白污染、冷等离子体技术等手段多维度优化方法，最终将238U、232Th及40K的检出限分别下探至10-13 g/g、2×10-13 g/g和1×10-14 g/g，完全满足JUNO建设及OSIRIS建设对放射性核素检测的严苛要求，确保了材料制备工艺优化及材料质量控制的顺利实施，为国家大装置JUNO的顺利建成提供技术保障。
图3 电感耦合等离子体质谱法测定PMMA中的238U、232Th和40K
唐健教授与刘洪涛正高级实验师共同获得发明专利2项，分析方法已发表于国际学术期刊《Atomic Spectroscopy》（Atom. Spectrosc. 2025, 46(1), 84–93，第一作者为中心冯顺卿实验师，共同通讯作者：刘洪涛、唐健）。
三、平台赋能：以高水平服务支撑高水平科研
分析测试中心始终立足服务国家重大需求、支撑学校多学科发展，着力打造“平台水平一流、支撑管理一流、分析能力一流”的大型仪器学科公共平台。本次对JUNO的支撑工作，体现了中心服务国家重大需求、助力学校“双一流”建设的技术能力，为国家大装置建设提供了有力保障。未来，中心将继续发挥技术优势，为学校高水平科研成果产出提供一流分析测试服务。
四、所用仪器 ▼
分析测试中心所用设备为电感耦合等离子体质谱仪，南校园分中心无机机组的系列电感耦合等离子体质谱仪（四极杆类型、三重四极杆类型、飞行时间类型等），可为校内外用户提供常规元素定性定量分析、微小样品量元素定性定量分析、同位素比值测定、元素形态分析、纳米颗粒元素浓度与粒径同时分析、单个细胞内元素含量及细胞元素含量统计分布分析、固体样品元素微区/表面分析、元素成像分析等高质量服务。
仪器1：电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）型号：iCAP Qc
仪器2：激光剥蚀-电感耦合等离子体飞行时间质谱联用仪（ICP-TOF）型号：NWR femto + icpTOF R
分析测试服务指引