地下2400米國之重器投入運(yùn)行！世界最深、最大深地實(shí)驗(yàn)室為何在錦屏？
12月7日，中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室二期極深地下極低輻射本底前沿物理實(shí)驗(yàn)設(shè)施（簡稱錦屏大設(shè)施）土建公用工程完工，具備實(shí)驗(yàn)條件。這標(biāo)志著世界最深、最大的極深地下實(shí)驗(yàn)室正式投入科學(xué)運(yùn)行。
首批來自清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京師范大學(xué)、中國原子能科學(xué)研究院、中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所等高校和科研院所的10個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組進(jìn)駐開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)。
新華社視頻截圖
科學(xué)家為什么要千方百計(jì)“抓到”暗物質(zhì)？
暗物質(zhì)——雖然從未被“看見”，但天文學(xué)的各種觀測數(shù)據(jù)都表明了它的存在。自20世紀(jì)30年代開始，科學(xué)家們?cè)诓孪牒筒粩嘤^測中發(fā)現(xiàn)，暗物質(zhì)廣泛分布在宇宙的各個(gè)角落，約占整個(gè)宇宙物質(zhì)質(zhì)量的85%，在物質(zhì)起源和宇宙演化過程中具有十分重要的地位。
天體物理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在浩瀚的宇宙空間里，我們能夠觀測到的發(fā)光星體（包括發(fā)射X射線、γ射線的星體）的質(zhì)量僅僅只是宇宙空間里物質(zhì)總質(zhì)量的一小部分。宇宙膨脹行為的研究表明：宇宙的密度由約4.9%的普通物質(zhì)，26.8%暗物質(zhì)和68.3%的暗能量組成。這種視而不見又確實(shí)存在的東西到底是什么？科學(xué)家們姑且稱之為暗物質(zhì)和暗能量。
更嚴(yán)格地講，就是不參與電磁相互作用和強(qiáng)相互作用，但是參與引力相互作用的不可見物質(zhì)。
雖然，人們?cè)缫呀?jīng)猜測到暗物質(zhì)可能存在，但一直以來從未明確探測到暗物質(zhì)粒子。暗物質(zhì)帶來的問題也因此被認(rèn)為是“籠罩在當(dāng)前物理學(xué)天空中的烏云”。
由于暗物質(zhì)既不發(fā)光，也不參與電磁作用，人們目前只能通過引力產(chǎn)生的效應(yīng)感受到暗物質(zhì)的存在，為此，中國建立了首個(gè)極深地下實(shí)驗(yàn)室——“中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室”。
據(jù)清華大學(xué)工程物理系教授、中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室物理科學(xué)部主任岳騫介紹，做暗物質(zhì)研究是重大基礎(chǔ)前沿課題，主要實(shí)驗(yàn)研究方法包括探測暗物質(zhì)湮滅產(chǎn)物的間接探測(上天)、暗物質(zhì)與物質(zhì)直接散射的直接探測(入地)、產(chǎn)生暗物質(zhì)的對(duì)撞機(jī)(人造)三種。錦屏地下實(shí)驗(yàn)室便是屬于“入地”的研究方式。
這是7月4日拍攝的中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室二期C廳洞壁上的防水抑氡層。該防水抑氡層有10厘米厚，可以有效防止巖洞內(nèi)地下水的滲透以及抑制巖層內(nèi)的有害氣體氡氣擴(kuò)散。新華社記者 金立旺 攝
2400米極深地下，追尋宇宙“魅影”
錦屏山是位于金沙江第一大支流——雅礱江流域內(nèi)的一座大山，頂峰海拔4410米。中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室就位于全長約17.5公里的錦屏山隧道中間位置，巖石垂直埋深達(dá)2400米。
2010年12月12日，“中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室”正式揭牌。作為我國首個(gè)暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室，也是世界上最深、最大、綜合配套設(shè)施最好的地下實(shí)驗(yàn)室，其空間相當(dāng)于8艘中型航母的排水量，埋深相當(dāng)于近5個(gè)上海世貿(mào)大廈高，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的宇宙射線通量約為地面的億分之一。在這樣的極特殊環(huán)境下，錦屏地下實(shí)驗(yàn)室利用山體的厚巖層阻擋宇宙射線的干擾，為暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)提供了十分“干凈”的測試環(huán)境。
這是7月4日拍攝的中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室所在的錦屏山交通隧道口以及旁邊的雅礱江（無人機(jī)照片）
2012年，清華大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的CDEX實(shí)驗(yàn)組在錦屏地下實(shí)驗(yàn)室里獲得了第一批寶貴的數(shù)據(jù)，并展開了數(shù)據(jù)分析。2013年，實(shí)驗(yàn)組的首個(gè)研究成果就發(fā)表在國際權(quán)威物理期刊《物理評(píng)論D》(Physical Review D)上，這是我國第一個(gè)自主開展暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究的物理結(jié)果，更為可喜的是，該實(shí)驗(yàn)成果對(duì)低質(zhì)量區(qū)暗物質(zhì)粒子的探測靈敏度達(dá)到了國際一流水平，確立了CDEX實(shí)驗(yàn)組在國際暗物質(zhì)探測領(lǐng)域內(nèi)第一陣營的地位，這極大地提升了我國在暗物質(zhì)這一重大基礎(chǔ)前沿研究領(lǐng)域的研究水平和國際影響力。
目前，地下實(shí)驗(yàn)室已具備“極低環(huán)境輻射”“超低宇宙線通量”“超潔凈空間”等方面的優(yōu)勢。除了暗物質(zhì)探測實(shí)驗(yàn)研究以外，錦屏大設(shè)施還將開展包括中微子物理、核天體物理、巖石力學(xué)等領(lǐng)域的研究，今后將發(fā)展成涵蓋宇宙學(xué)、生命科學(xué)、巖石力學(xué)等多學(xué)科交叉的世界級(jí)深地科學(xué)研究中心，助力國家科創(chuàng)平臺(tái)“跨越式提升”。
暗物質(zhì)探測、核天體物理、中微子實(shí)驗(yàn)……這些前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究將為人類認(rèn)識(shí)宇宙和文明進(jìn)步帶來革命性的突破。我們期待這座山體里的洞室，在未來打開更多可能。
綜合來源：新華社、人民日?qǐng)?bào)、中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室官網(wǎng)、國投在線等。
