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中新網(wǎng)涼山11月1日電 題：世界最深地下實(shí)驗(yàn)室：地下2400米的“守株待兔”

作者 王利文

在地下2400米的實(shí)驗(yàn)室尋找暗物質(zhì)是什么體驗(yàn)？“95后”清華大學(xué)工程物理系博士生聶奇緣笑稱，這項(xiàng)研究像是“守株待兔”，待穿過(guò)重重阻礙的暗物質(zhì)“自投羅網(wǎng)”。

暗物質(zhì)指“不發(fā)光(包括所有波段的電磁波)”的物質(zhì)，因此很難通過(guò)常規(guī)手段觀察到。構(gòu)成恒星、星系等可見(jiàn)宇宙的普通物質(zhì)僅占宇宙總質(zhì)量的4.9%；暗物質(zhì)則約占26.8%，它參與了宇宙的演化并組成了宇宙的現(xiàn)在。作為當(dāng)前科學(xué)前沿?zé)狳c(diǎn)，研究暗物質(zhì)能改變?nèi)祟悓?duì)宇宙的認(rèn)知。

位于四川涼山錦屏山隧道中部的中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室是世界埋深最大的地下實(shí)驗(yàn)室，2400米的巖石層埋深將大量輻射阻隔在山體之外，實(shí)驗(yàn)室中高純鍺探測(cè)器外部有聚乙烯、鉛、銅等六重“盔甲”，層層屏蔽中子、伽馬射線等輻射源。如果“翻山越嶺”碰撞上探測(cè)器的物質(zhì)留下與普通物質(zhì)不同的反沖能量，就有可能是暗物質(zhì)，這便是“守株待兔”。“這里就像暗室，能把宇宙射線的噪聲屏蔽掉，更容易捕捉到暗物質(zhì)。”中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室科研助理景明坤如此形容。

由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求特殊，在中國(guó)擁有地下實(shí)驗(yàn)室前，其暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)一直借用其他國(guó)家的實(shí)驗(yàn)室。“當(dāng)時(shí)只有不到1平方米的實(shí)驗(yàn)區(qū)，不利于開(kāi)展各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。”談?wù)撈鸢滴镔|(zhì)研究歷程，景明坤很是感慨。2008年，雅礱江錦屏山隧道貫通，清華大學(xué)專家發(fā)現(xiàn)此處有2400米的天然巖石屏障，自身低輻射環(huán)境有利于開(kāi)展暗物質(zhì)研究。于是，清華大學(xué)和雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司合作，開(kāi)始了緊鑼密鼓的建設(shè)。2010年，中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室建成并投入使用，主要開(kāi)展暗物質(zhì)、中微子、核天體物理等前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究，填補(bǔ)了中國(guó)地下實(shí)驗(yàn)室的空白。目前，中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室正在擴(kuò)建二期工程，將從現(xiàn)有的4000立方米擴(kuò)容到30萬(wàn)立方米。

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，研究人員主要工作分為暗物質(zhì)探測(cè)和環(huán)境輻射測(cè)量研究。高純鍺探測(cè)器每天能捕捉到成千上萬(wàn)的信號(hào)波形，為了測(cè)量暗物質(zhì)，作為CDEX實(shí)驗(yàn)組成員的聶奇緣正在顯示器前對(duì)捕捉到的碰撞信號(hào)進(jìn)行分析，判斷是否為暗物質(zhì)信號(hào)。

低輻射環(huán)境和純凈的實(shí)驗(yàn)材料是暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行的保障，“90后”景明坤已在環(huán)境輻射測(cè)量崗位上工作7年有余。每天的工作內(nèi)容是對(duì)所有實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行輻射檢測(cè)，景明坤享受不同實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的快樂(lè)：“雖然久居深山地下，科研工作讓我的興趣得到極大滿足，希望有生之年能對(duì)暗物質(zhì)研究做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)。”

近年來(lái)，中國(guó)暗物質(zhì)及相關(guān)研究實(shí)現(xiàn)從“跟跑”“并跑”到“領(lǐng)跑”的跨越。目前，清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校取得近30項(xiàng)科研成果。其中，清華大學(xué)2014年發(fā)表的論文成功排除了美國(guó)一實(shí)驗(yàn)室宣稱“探測(cè)到暗物質(zhì)”的區(qū)域；上海交通大學(xué)2021年“熊貓”實(shí)驗(yàn)公布的暗物質(zhì)搜尋結(jié)果再次刷新了暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)探測(cè)的邊界值；該實(shí)驗(yàn)室深地核天體物理實(shí)驗(yàn)揭示了古老恒星鈣豐度之謎，相關(guān)論文于今年10月26日在《自然》上發(fā)表。

盡管目前探測(cè)到的信號(hào)還不是暗物質(zhì)信號(hào)，聶奇緣并不氣餒。“實(shí)驗(yàn)的意義就是不斷排除環(huán)境背景噪聲，縮小暗物質(zhì)探測(cè)區(qū)間。我們相信早晚有一天，能等到暗物質(zhì)撞上來(lái)。”(完)

標(biāo)簽： 地下實(shí)驗(yàn)室