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海報(bào)新聞?dòng)浾?鄧波 四川涼山報(bào)道
宇宙是永恒的嗎？它從哪里來(lái)，又會(huì)到哪里去？對(duì)于人類，宇宙永恒存在，但籠罩著神秘的色彩。從古至今，科學(xué)家們孜孜不倦地探索星辰大海。據(jù)科學(xué)家們研究，宇宙本身有95%的存在看不見(jiàn)摸不著，這些未知的存在被叫做暗物質(zhì)，也被稱作“宇宙幽靈”。
因此，探測(cè)暗物質(zhì)對(duì)揭開(kāi)宇宙奧秘至關(guān)重要。在位于四川省涼山彝族自治州的錦屏山地下2400米處，這里坐落著全世界最深最“干凈”的地下實(shí)驗(yàn)室——中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室，我國(guó)的頂尖科學(xué)家們?cè)谶@里研究暗物質(zhì)、中微粒子以及恒星演化的奧秘，試圖揭開(kāi)宇宙最深處的神秘。
地下2400米的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室
宇宙演化神秘奧妙，大自然造化鬼斧神工。發(fā)源于青海省玉樹(shù)州巴彥喀拉山南麓的雅礱江，向東南流向四川西北部。從河源至河口，雅礱江天然落差3000多米，蘊(yùn)含著豐富的水能資源，由國(guó)投集團(tuán)雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)。
作為金沙江的最大一條支流，雅礱江從青藏高原一路奔流，在四川省涼山境內(nèi)被海拔3000多米的錦屏山截住了去路，被迫轉(zhuǎn)彎改道，在這里形成了150公里的U形大河灣，其天然落差高達(dá)310米，是水能資源開(kāi)發(fā)的絕佳之地。
為了進(jìn)一步提高水能利用率，國(guó)投集團(tuán)雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司決定截彎取直，直接打穿錦屏山，修建7條隧道，其中4條隧道引水發(fā)電，2條隧道用作交通，一條隧道用作排水。
2008年8月8日，北京奧運(yùn)會(huì)開(kāi)幕當(dāng)天，連接錦屏一、二級(jí)兩個(gè)水電站的錦屏山交通隧道貫通。隧道的貫通也給暗物質(zhì)研究帶來(lái)了意外的收獲。
由于錦屏山山體主體為大理石巖層，放射性極小，而隧道又在巖石下方2400米處，使得隧道中部的宇宙線通量?jī)H為地面的一億分之一。此時(shí)正在苦苦尋覓暗物質(zhì)研究場(chǎng)地的清華大學(xué)意識(shí)到這里是探索研究暗物質(zhì)的絕佳之地，迅速與雅礱江水電開(kāi)發(fā)公司取得了聯(lián)系。
雙方一拍即合，決定共建錦屏實(shí)驗(yàn)室。2010年12月，僅用時(shí)一年半，中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室就建成投運(yùn)，成為我國(guó)首個(gè)、也是世界最深的地下實(shí)驗(yàn)室，填補(bǔ)了我國(guó)深地實(shí)驗(yàn)室的空白，在這里開(kāi)展的科學(xué)研究也填補(bǔ)了我國(guó)暗物質(zhì)研究領(lǐng)域的空白。
從“跟跑”實(shí)現(xiàn)“領(lǐng)跑”
究竟什么是暗物質(zhì)？清華大學(xué)工程物理系博士生張震宇介紹，自開(kāi)展天文物理學(xué)觀察以來(lái)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)所觀測(cè)到的星系團(tuán)的質(zhì)量分布和旋轉(zhuǎn)模式不能對(duì)應(yīng)，于是提出一個(gè)新的理論模型，在星系中存在一些人類看不見(jiàn)摸不著的物質(zhì)，但他們也提供質(zhì)量和引力，這就是所謂的暗物質(zhì)。后來(lái)科學(xué)家們通過(guò)各種各樣宇宙學(xué)方面的研究，提出暗物質(zhì)占宇宙總質(zhì)量的95%以上，因此研究暗物質(zhì)對(duì)揭開(kāi)宇宙奧秘至關(guān)重要。
從錦屏山隧道口一路進(jìn)發(fā)，將近20分鐘的車程就到達(dá)了位于錦屏山地下2400米的中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室。張震宇在這里已經(jīng)從事了將近兩年的暗物質(zhì)研究工作，而在中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室成立之初，清華大學(xué)CDEX實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)和上海交通大學(xué)PandaX實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)就入駐錦屏地下實(shí)驗(yàn)室。
中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室示意圖。
為什么要在地下2400米進(jìn)行暗物質(zhì)研究？張震宇告訴海報(bào)新聞?dòng)浾撸鋵?shí)尋找暗物質(zhì)有多種方法。比如在2015年底發(fā)射了“悟空號(hào)”暗物質(zhì)探測(cè)衛(wèi)星，希望通過(guò)太空宇宙線來(lái)自天體的高能粒子的成分，尋找因?yàn)榘滴镔|(zhì)衰變之后的痕跡，而在地下實(shí)驗(yàn)室尋找暗物質(zhì)的關(guān)鍵，是利用厚厚的巖層阻擋來(lái)自宇宙空間的宇宙射線，提供“純凈”的背景，讓暗物質(zhì)衰變產(chǎn)生的粒子突顯出來(lái)，“地面直接觀測(cè)暗物質(zhì)，會(huì)受到宇宙射線噪聲的干擾，深入地下，就提供了一個(gè)足夠干凈且安靜的環(huán)境”。
在地下實(shí)驗(yàn)室二期項(xiàng)目工地，這里還在馬不停蹄的建設(shè)中，腳手架已經(jīng)搭建完畢，隧道內(nèi)墻還在等待裝修，但上海交通大學(xué)PandaX實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)就早已入駐，并開(kāi)展了試驗(yàn)。PandaX實(shí)驗(yàn)合作組博士后李濤告訴海報(bào)新聞?dòng)浾撸滴镔|(zhì)研究爭(zhēng)分奪秒，在國(guó)際上也有團(tuán)隊(duì)在做暗物質(zhì)方向的研究，“我們必須要趕在他們之前給到國(guó)際領(lǐng)先的結(jié)果。”
海報(bào)新聞?dòng)浾吡私獾剑\屏地下實(shí)驗(yàn)室自建成以后，科學(xué)家們?cè)谶@里取得了一系列喜人的成果，我國(guó)的暗物質(zhì)研究也實(shí)現(xiàn)了從“跟跑”“并跑”到“領(lǐng)跑”的跨越式發(fā)展。2022年11月21日，清華大學(xué)工程物理系牽頭的中國(guó)暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)合作組在國(guó)際物理學(xué)頂級(jí)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上在線發(fā)表題為《基于CDEX-10實(shí)驗(yàn)的對(duì)sub-GeV質(zhì)量的暗物質(zhì)與電子相互作用的限制》的研究論文。
張震宇是這篇論文的第一作者。據(jù)他介紹，該篇論文是CDEX合作組基于CDEX-10的205.4公斤天的數(shù)據(jù)，建立了基于高純鍺探測(cè)器的暗物質(zhì)-電子相互作用的分析方法，首次給出了基于高純鍺探測(cè)器的暗物質(zhì)-電子相互作用直接探測(cè)結(jié)果。在世界主流的基于固體探測(cè)器的暗物質(zhì)-電子相互作用直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)中，本工作給出了在>100 MeV的質(zhì)量范圍內(nèi)國(guó)際領(lǐng)先的限制結(jié)果。這一研究成果目前處于國(guó)際領(lǐng)先地位。
在暗物質(zhì)研究如火如荼的同時(shí)，目前已有越來(lái)越多的頂尖科研團(tuán)隊(duì)相繼入駐錦屏地下實(shí)驗(yàn)室。據(jù)了解，中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室二期工程預(yù)計(jì)在2024年建成投入運(yùn)行，屆時(shí)地下可用實(shí)驗(yàn)空間將由之前的4000立方米增加到30萬(wàn)立方米，錦屏地下實(shí)驗(yàn)室還將建設(shè)世界最大的暗物質(zhì)探測(cè)器，并開(kāi)展多種學(xué)科的深地實(shí)驗(yàn)。
雅礱江公司錦屏地下實(shí)驗(yàn)室管理局常務(wù)副局長(zhǎng)李名川告訴海報(bào)新聞?dòng)浾撸磥?lái)，中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室將成為具備極低氡氣濃度、極低環(huán)境輻射、超低宇宙線通量、超潔凈空間等優(yōu)勢(shì)的國(guó)際一流深地實(shí)驗(yàn)室，形成粒子物理、核天體物理、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)開(kāi)放共享實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
責(zé)編：陳鳳祁
審核：丁厚勤
責(zé)編：丁厚勤