我们正在建造一个长达1,300公里的地下科学实验，以研究世界上最难以捉摸的粒子。在南达科他州Deadwood附近的一个废弃的金矿内，这个可能是世界上最大的科学实验已经开工。我是一个由大约1,000名科学家组成的国际团队的一员，该团队设计和运行这个项目 - 深度地下中微子实验（DUNE），旨在研究宇宙中最为丰富却又难以捉摸的物质粒子。通过这样做，我们可能会更接近于理解物质的起源，并完善科学对宇宙如何运作的模型。这就是为什么英国政府现在已经承诺投资6500万英镑到该项目中，使英国成为继美国之后的第二大贡献者。像我这样的粒子物理学家对中微子很着迷，因为它们有着不寻常的特性，这些特性可能直接与可以解释宇宙结构的现象有关。中微子是那些不能被分解成其他物质的基本粒子之一。它们无处不在，但由于它们几乎没有质量，不带电并且几乎不与其他粒子发生相互作用，因此极其难以捕捉。大约每秒有约1000亿个中微子穿过我们的指尖，但几乎所有中微子都会穿过地球而不留下任何痕迹。这些大部分中微子源自太阳核反应。中微子也来自撞击大气层或爆炸星体的宇宙射线。它们还在宇宙诞生后不久大量产生。这意味着通过研究中微子并将其与相对应的“反中微子”进行比较，我们可能能够弄清宇宙起源时所发生的事件，导致宇宙主要由物质而不是反物质构成。建立用于探测中微子的实验还可以帮助我们找出质子是否会衰变，这是证明一些科学家关于如何通过“大统一理论”解释物理中大部分力的观念的关键证据之一。
要做到这一点，DUNE将从美国伊利诺伊州的费米国家加速器实验室发射中微子束，沿着1,300公里的地下轨迹前往南达科他州的Sanford地下研究设施。与此相比，用于发现希格斯玻色子的环形大型强子对撞机周长仅为27公里，尽管DUNE的粒子将穿过地表而不是专门建造的隧道。检测中微子，中微子有三种类型或“味道”，它们被称为：电子中微子、μ子中微子和τ中微子。离开费米实验室的中微子将主要是μ子的味道，但它们可能在旅行过程中发生变化或“振荡”。检测这些振荡是会为中微子的本质及其在宇宙中角色提供明确答案的。中微子可以通过将它们与某些液体接触时产生的光亮度、电荷和粒子类型来检测。当每个中微子到达时，它将创建一个与其味道相对应的粒子。例如，电子中微子将产生一个电子，而μ子中微子将产生一个μ子。如果我们能检测到电子，则我们知道μ子中微子在旅行过程中已经改变了它们的味道。 斯蒂凡·索德纳-雷姆博尔德（Stefan Söldner-Rembold），曼彻斯特大学粒子物理学教授。本文最初发表在“The Conversation”上。阅读原文。
