为何正物质比反物质多？美国要在千米深的废金矿里做个大实验

当地时间7月21日，美国物理学家和能源部官员齐聚南达科他州的一个废弃金矿井，宣布美国又一个大型粒子物理实验项目：长基线中微子设施（Long-Baseline Neutrino Facility，LBNF）动工了。

该实验计划用美国费米实验室的加速器产生中微子，再发射到一个13公里以外废弃金矿井的粒子检测器中。中微子的第三种形态，τ中微子，就是费米实验室在2000年发现的。规划中的地下检测器（Deep Underground Neutrino Experiment，DUNE）接近四层楼高，内部充满液态氩。工人们需要在1480米深的地底下挖出巨大的洞穴，拉出足有十几架飞机重量的石头，再运进7万吨的液氩。

科学家们将研究中微子与氩原子之间的相互作用，以进一步了解这些难以捉摸的粒子，此外，该项目将试图寻找中微子和反中微子之间细微的不对称，这可能是解释新生宇宙产生的物质为何比反物质多得多的关键。

30个国家的联合项目

早在2001年，科学家们就提议建立这个检测器，将其列为国家科学基金会（NSF）赞助的霍姆斯托克实验室的一部分。

然而，直到2010年，国家科学委员会仍未通过这个方案，把建立中微子实验室的计划甩给了能源部。此后，科学家们和能源部官员就一直在为经费问题扯皮。2014年，国家科学委员会和能源部同意按照最初的方案，用15亿美元的总预算建立实验室，并将它变成一个国际项目。

如今，该国际项目包含来自30个国家、160多个机构的近千名科学家和工程师。该项目的主要合作伙伴，欧洲核子研究中心（CERN），已经开始建造DUNE的原型探测器，并将在南达科他州建立第一个低温保持器。

废弃的霍姆斯托克金矿

“开启这个实验项目建设让我们感到兴奋。”南达科他州科技局局长麦克·霍德利说（Mike·Headley）。霍德利还是美国斯坦福地下研究实验室（SURF）的领导者。该实验室在2006年建立于霍姆斯托克，并获得了慈善家丹尼·斯坦福7000万美元的捐赠。

挖出790吨岩石

现在，工程师和工人们必须对SURF进行扩张。他们需要炸出4个长70米，宽20米，高29米的模块用于储存液氩。费米实验室的土木工程师兼LBNF项目常规设施经理特雷西·兰丁（Tracy Lundin）估计，他们要挖出790吨岩石。整个挖掘工作会持续3年左右。