世界最深地下實(shí)驗(yàn)室:地下2400米的“守株待兔”
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),因此很難通過常規(guī)手段觀察到。構(gòu)成恒星、星系等可見宇宙的普通物質(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”?!斑@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)一直借用其他國家的實(shí)驗(yàn)室?!爱?dāng)時(shí)只有不到1平方米的實(shí)驗(yàn)區(qū),不利于開展各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?!闭?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)境有利于開展暗物質(zhì)研究。于是,清華大學(xué)和雅礱江流域水電開發(fā)有限公司合作,開始了緊鑼密鼓的建設(shè)。2010年,中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室建成并投入使用,主要開展暗物質(zhì)、中微子、核天體物理等前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究,填補(bǔ)了中國地下實(shí)驗(yàn)室的空白。目前,中國錦屏地下實(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)帶來的快樂:“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)?!?/p>
近年來,中國暗物質(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?!?完)
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