锦屏 地下 实验室 : 在 2400 米 岩层 下 等待 暗物质 “造访”

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原 标题 : 锦屏 地下 实验室 : 2400 米 岩层 下 等待 暗物质 “造访”

锦屏 地下 实验室 大门 受访 者 供

直抵 世界 最深 地下 实验室

实验室 一 期 就 建 在 锦屏山 隧道 中部。 并不 大 , 只有 4000 立方米 , 但 填补 了 我国 深 深 地 实验室 的 空白。 经 测定 ,锦屏 地下 实验室 内 的 宇宙 射线 通量 可以 降到 地面 水平 的 千 万分之一 到 亿 分 之一 , 是 目前 国际 上 宇宙 射线 通量 最低 的 地下 实验室 , 也是 全球 岩石 覆盖 厚度 最深 的 地下实验室。

就是 这里 了。

中国 四川 , 凉山 彝族 自治州 , 西昌 市 , 锦屏 水电厂 , 锦屏山 交通 隧道 中部

垂直 岩石 覆盖 厚度 达 2400 米 的 中国 锦屏 地下 实验室 内 , 科研 人员 在 努力 聆听 暗物质 粒子 的 絮语。

科研 人员 早已 发现 , 如果 仅 存在 人们 已知 的 物质 , 宇宙 根本 不 应该 是 现在 这副 模样 , 一定 有 别的 东西 在 起作用。

从 理论上 来说 , 暗物质 并不 罕见。 据 估算 暗物质 暗物质 占据 宇宙 物质 的 的 85%。但是 , 它 看不见 、 摸不着 , 几乎 不 和 任何 物体 发生 , 是 存在 于 模型 中 的 理论 推演。

“谁能 率先 找到 暗物质 , 谁 就能 在 科学 上 走在前头。” 清华大学 工程 物理系 教授 、 国家 重大 科技 基础 设施 副 总指挥 兼 总工程师 李元景 说。

是 工程 奇迹 , 也是 暗物质 的 的 绝佳 选址

中国 锦屏 地下 实验室 的 源 起 , 其实 带点 戏剧性

电视 上 , 这 只是 一条 滚动 过 的 字幕 新闻 : 2008 年 8 月 8 日 , 两条 各 17. 5 公里 的 锦屏山 交通 隧道 实现 双 洞 贯通。

那时 , 清华大学 工程 物理系 团队 , 正在 全国 寻找 深 地 的 的 合适 地址。

我们 一直 生活 在 宇宙 射线 的 “背景 音” 中。 不同 粒子 , 发出 声音 , 奏出 宏大 宏大 交响乐。 暗物质 太 特别。 它 高 冷 娇羞 娇羞 , 几乎 不 任何 物体 发生 作用 , 也 几乎 不 发声。。 人们需要 一个 足够 安静 的 环境 , 屏蔽 掉 一切 我们 已知 的 噪声 , 再造 出 足够 敏锐 的 耳朵 , 才 可能 在 暗物质 粒子 迎面 而来 时 , 听到 它 的 低吟 浅 唱。

所以 , 必须 将 一切 推 到 极限

屏蔽 宇宙 射线 的 最佳 方式 , 就是 将 实验室 建 在 地下。

找到 暗物质 、 研究 暗物质 , 将 是 人类 的 的 一次 重大 飞跃 , 可能 引发 一场 新 的 物理学 革命。

寻找 暗物质 之 旅 2003 年 开始。

一个 巧合 是 , 也是 在 2008 年 , 来自 全国 的 ​​的 近 18000 名 水电开发 者 , 来到 人迹罕至 的 雅砻江 锦屏 大 河湾 , 凿开 了 他们 的 战场 , 为 锦屏 一 、 二级 水电站 修建 做 准备。

金沙江 支流 雅砻江 奔流 至 木 里 、 盐源 、 冕宁 三 县 处 , 因 被 锦屏山 阻隔 , 骤然 掉头 , 拐 北方 , 形成 形成 150 公里 的 锦屏 大 河湾。 锦屏 一 、 二级 , , 分别 选址 在 这一 大 河湾 东西 两端。 连接 两座 电站 的 锦屏山交通 隧道 , 成为 这 浩大 的 的 两条 主动脉。

清华大学 的 老师 从 新闻 上 看到 了 这个 奇迹。 他们 敏锐 地 意识到 暗物质 暗物质 的 的 地址 , 有了!

时 任 清华大学 副 校长 的 程建平 教授 领着 团队 , 去往 四川 , 负责 锦屏 水电站 工程 的 二 滩 公司 (现 雅砻江 流域 水电 开发 有限公司 , 以下 简称 雅砻江 公司) 反复 反复 谈 了 多次。 高校 和 企业 的 这番 跨界 合作 , 还真 成了。

实验室 一 期 就 建 在 锦屏山 隧道 中部。 空间 并不 大 , 4000 立方米 , 但 填补 了 我国 没有 深 地 实验室 的 空白。

经 测定 , 锦屏 地下 实验室 的 的 宇宙 射线 通量 可以 降到 地面 的 的 千 万分之一 到 亿 分 之一 , 是 目前 国际 上 宇宙 射线 通量 最低 的 地下 实验室 , 也是 全球 岩石 覆盖 厚度最深 的 地下 实验室。

跟 所有 细节 “较劲” , 将 一切 推 到

2010 年 , 中国 锦屏 地下 实验室 正式 运行。

率先 入驻 的 , 是 清华大学 的 的 盘古 计划 (CDEX) 高纯 锗 暗物质 和 上海 交通 大学 牵头 的 熊猫 计划 (PandaX) 液 氙 暗物质 实验 项目。 两大 , 都是 对 暗物质 进行 直接 直接 探测 , 即 测量暗物质 粒子 直接 弹性 碰撞 普通 物质 的 的 反冲 核 的 数量 和 能量 等 数值。

随着 合作 组 对 辐射 本 底 的 要求 越发 苛刻 , 高纯 无氧铜 不能 直接 拿来 就 用。 清华大学 工程 物理系 副教授 马 豪 说 , 材料 只要 地面 上 , , 被 宇宙 射线 撞击 撞击 产生新 的 “噪声”。 于是 , 课题组 要将 高纯 无氧铜 送到 地下 实验室 , 将 铜 电解 再 重组 , 去掉 那些 宇 生 同位素。

探测 暗物质 最 核心 的 装置 , 就是 高纯 锗 探测器

传统 高纯 锗 探测器 及其 谱仪 被 广泛 应用于 基础 研究 、 核 、 核 应急 、 国土 安全 和 放射性 管理 等 领域 但 要 探测 暗物质 , 对 的 的 纯度 要求 更高。

千 足金 叫 “999” 金 , 意思 是 含金量 千 分数 不 小于 999。 而 课题组 需要 的 锗 , 其 纯度 要 达到 12 至 13 个 9。

目前 , 国内 还 没有 制备 这种 大 质量 高纯 锗 晶体 的 能力。

不过 , 在 十余 年 寻找 暗物质 过程 中 , 研究 团队 已经 了 探测器 制造 技术。 , 团队 已 能 做出 商业 级别 的 高纯 锗 探测器 , 实现 了 成果 转化。

CDEX 合作 组 的 高纯 锗 探测器 , 就 置身 实验室 白色 聚乙烯 伸缩 门 后。

它 身处 重重 保护 之下 : 1 米 厚 的 聚乙烯 材料 , 用来 慢 化 和 吸收 中子 ; 20 厘米 厚 的 铅 层 , 用来 屏蔽 外部 伽马射线 ; 17 厘米 厚 的 含硼 聚乙烯 , 可以 吸收 热 中子 ; 20 厘米 厚 的 高纯 无氧铜 , 则 用来 屏蔽 外部 铅 和 含硼 聚乙烯 的 伽马射线。

2013 年 , CDEX 合作 组 发表 了 我国 个 暗物质 直接 探测 实验 结果。 2013 年 , 给出 点 电极 高纯 锗 暗物质 探测 方面 国际 最 实验 结果。 值得 一 的 的 是 , 这一 结果 , 利用 相同 探测 , 确定性 地 排除 排除 了 美国 CoGeNT 实验 组 给出 的 暗物质 存在区域。 而 PandaX 的 实验 结果 , 曾 入选 2016 年度 《科技 导报》 十大 科学 进展 和 2017 年度 美国 物理学 会 亮点。

无人 知晓 暗物质 粒子 的 真 身。 各个 暗物质 探测 团队 , 其实 都 画 排除 排除 线。 所谓 排除 线 , 意思 就是 , 这 一块 我们 已经 已经 找 过 了 没有 没有 , 可以 再去 别处 找找。

排除 线 画 得越 多 , 暗物质 的 的 藏身 空间 就会 被 收缩 得越 小 , 寻找 就能 更加 有的放矢。

二期 扩建 , 向 成为 全球 深 地 科学研究 中心

暗物质 实验 取得 的 成果 , 推动 了 我国 相关 基础 前沿 领域 发展 , 也 吸引 了 更多 科研 需求。 的 的 暗物质 实验 要 升级 , 还有 天体 物理 物理 实验 深 地 岩石 力学 实验 、 无 中微子 双 双贝塔 衰变 实验 …… 中国 科学家 渴望 着 这样 一个 极深 地下 实验 空间

4000 立方米 , 显得 越发 捉襟见肘。

2014 年 , 清华大学 和 雅砻江 公司 继续 合作 , 开挖 锦屏 地下 实验室 二期 工程

做 这样 一个 大 工程 , 光 有 科学家 团队 不行 的 的。 他们 必须 充分 整合 资源 , 找到 的 的 合作 伙伴 , 协同 前进。

好在 , 锦屏 地下 实验室 被 列入 了 国家 重大 科技 基础 十三 十三 五 规划。 的 的 正式 名称 , 叫 极深 地下 极低 辐射 本 底 前沿 物理 实验 设施。

从 实验室 一 期 出来 , 往西 端 500 米 左右 , 就 到 了 实验室 二期。 它 由 4条子 隧道 构成 , 总 容积 达 30 万 立方米 , 被 分成 8 个 不同 的 主 实验 厅和 其他 公共 区域。

中国 锦屏 地下 实验室 主任 程建平 曾对 科技 日报 记者 打过 比方 : 实验室 一 期 是 一套 别墅 的 话 的 , 那么 实验室 二期 一个 小区。 小区 内 , 要 容纳 更多 的 实验 团队 和 实验 项目。

但 新 的 难题 接踵而至。 比如说 , 通风。

二期 实验 空间 从 一 的 的 4000 立方米 增加到 了 30 万 立方米 , 在 理论 计算 和 研讨 以后 , 建设 决定 决定 安装 根 800 毫米 管径的 聚乙烯 材质 的 通风 管道 , 从 西端 雅砻江 畔 的 拦 污 坝 平台 经由 排水 洞 输送 新 风 到 实验 大厅 , 全长 9 公里。

但是 自 锦屏 水电站 发电 之后 , 这 条 排水 洞 , 实际上 半 废弃 状态。 洞内 照明 照明 和 通讯 设备 , 有 和 涌水 , 有 的 的 风机 、 龙门 架 、 钢筋 、 混凝土 残渣 , 还有 多处深坑 、 围堰 、 涌水 点 和 栏 坝 2016 年 年初 , 建设 团队 的 的 清华大学 薛涛 老师 带领 两位 工程师 , 穿着 连体 防水 服, 带着 对讲机 、 安全 绳 、 救生衣 、 电筒 和 铁锹 , 进入 洞 勘察 。3 个 小时 , 他们 穿过 淤泥 , 淌过 流水 , 一 点点 摸清 排水 洞洞 内 情况 , 了 了 排水 洞 勘察 报告 , , 为通风 管道 的 修建 , 奠定 了 前期 基础。

现在 , 不同 的 科研 团队 , 带着 他们 各自 待 解 的 谜题 , 等待 进入 扩建 后 的 中国 锦屏 地下 实验室。

5 月 下旬 , 科技 日报 记者 来到 地下 实验室 二期 B 厅。 在 ​​尚未 完全 建好 的 实验室 内 , 上海 交大 的 的 PandaX 合作 组 已经 紧锣密鼓 开始 了 工作。

探测 暗物质 是 国际 竞争 性 项目 , 其他 国家 也在 发 力 这 让 科研 人员 不得不 分秒必争。

PandaX 实验 升级 后 的 4 吨 量级 的 液 氙 探测器 正在 紧张 调试 运行 等候 暗物质 的 “造访”。 “我们 加班加点 , 但 也 踏踏实实。 保证 安全 安全 的 前提 下 , 力争 早 出 结果。” PandaX合作 组 一名 研究 人员 向 科技 日报 记者 透露

“我们 在 不断 地 接近 真相。” 上海 交通 大学 物理 与 天文 学院 研究员 王 舟 说。 不管 是 合作 还是 竞争 , 人类 都 为 拓展 认知 边界 而 努力。 但 在 他们 内心 , 还是 存 着 为 国 争光的 念头。 “我们 想 在 人类 科学 史上 , 留下 属于 中国 的 的 一笔。” 这位 年轻 的 女 科研 人员 说。

CDEX 的 实验 也会 升级 到 百 公斤 级 甚至 吨级 的 高纯 锗 阵列 探测器 , 将 探测 灵敏度 再 提升 两个 数量 级。 合作 组 的 实验 大厅 中 近八 近八 层 楼高 的 液氮 罐 已 矗立 在 基坑内。 罐内 , 将 要 1000 个 高纯 锗 探测器。

“我们 特别 有 信心 , 10 年 后 , 中国 会有 一个 全球 闻名的 地下 实验室。 ”李元景 说得 兴奋。 他 设想 着 , 把 锦屏 地下 实验室 全球 全球 地 地 科学研究 中心

到 时 , 来自 世界 各地 的 科学家 , 从 凉山 西昌 乘车 一路 向北 , 一路上 隧道 隧道 隧道 , , 高山 夹着。 约 两个 小时 后 , 当 锦屏山 隧道 的 入口 展现 眼前 , 他们 也会 下意识感慨 : 就是 这里 了。

(责编 : 申佳平 、 吕 骞)

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