作者是一位科学评论员
十多年来，瑞典南部一座非凡的设施已初具规模。位于隆德的欧洲散裂源即将完工，由包括英国在内的 13 个欧洲国家资助，将使用世界上最强大的线性质子加速器来产生世界上最强大的中子源。
这对科学非常重要：中子是原子核中与带正电的质子并排的电中性粒子，可用于探测材料的性质和结构，就像 X 射线曾经揭示了物质的双螺旋结构一样。脱氧核糖核酸。世界各地有多个中子设施，包括美国、英国和日本。
但 ESS 的超强能力将于今年进行初步测试，为 2026 年开始的实验做准备，它也可能让我们看到一些特殊的东西：中子变成其反物质等价物，即反中子。发现这一点可以解决基础物理学中最大的谜团之一：为什么宇宙中的物质多于反物质？
“我们不应该存在，”粒子物理学家兼 ESS 高级科学家瓦伦蒂娜·桑托罗 (Valentina Santoro) 告诉我。她解释说，大爆炸应该产生等量的物质和反物质，然后相互抵消。 “所以，也许在大爆炸之后，宇宙的大部分都被湮灭了，只留下了一点点物质。”
挑战在于解释剩下的东西。一种可能性是物质可以“振荡”成反物质，反之亦然，这个过程在某种程度上导致了我们今天看到的盈余。即使是对这种中子转换的单独观察也将成为诺贝尔奖的领域。
中子从原子核中散射出来，就像台球桌上的球一样，长期以来一直被用来观察物质和材料的核心。科学家可以通过将中子引导到分子和晶体上，并测量粒子在相遇后如何改变能量、速度和方向来推断分子和晶体的形状和大小。中子束越强，结构信息越详细。在筹备过程中，邻国丹麦正在建设一个数据管理和软件中心；这两个北欧国家是 35 亿欧元成本的主要贡献者。
与 X 射线和电子相比，中子具有非破坏性等优点。这使它们成为探测易碎文物的宝贵工具。 1991 年，田纳西州橡树岭国家实验室的研究人员使用中子研究了美国第 12 任总统扎卡里·泰勒的头发样本，以反驳他因砒霜中毒而被谋杀的理论。
中子还可以“看到”氢等小原子，这使得它们可用于研究燃料电池等样品。它们的磁自旋可用于探测磁性材料。例如，一项计划的应用是开发用于癌症检测的更灵敏的磁共振成像（MRI）扫描仪。
然而，编组中子并不是一件容易的事。它需要原子核的分裂。这种破裂可以通过核反应堆来完成，或者像 ESS 那样，通过一种称为核散裂的过程来完成。后者涉及将质子加速到接近光速，然后将它们撞向重金属目标（ESS 目标是一个包含三吨钨的旋转盘）。这种碰撞导致中子“脱落”或喷射。然后释放的中子被减速、冷却并直接用于科学用途。由于反应堆的限制，散裂被视为中子科学的未来。
Santoro 表示，ESS 设施最初的运行功率将为 2MW，是现有电源功率的两倍；然后它将升至5MW，每年产生100亿万亿个中子。更强的中子束应该可以提供更高分辨率的结果并加快实验速度；该设施旨在加速更高效电池和更环保塑料的进步。世界各地的粒子物理学家也将 ESS 纳入未来的研究计划，这一“大科学”设施被视为对日内瓦欧洲核子研究中心的补充。
桑托罗和同事只需要无数中子中的一个就可以变形为反中子，从而产生独特的高能特征。 “这就像抛掷大量硬币，但我们只需要一个信号，”她说，希望三四年的运行能够带来大奖，以及对暗物质等现象的单独见解。
在一场即将到来的中子科学盛宴——生物学、化学、材料科学、药物开发、考古学——中，我们有一天可能会了解到我们的宇宙是如何从宇宙残余物开始的。
关键词：
