“零距離”感受世界最深地下實(shí)驗室

“零距離”感受世界最深地下實(shí)驗室

錦屏地下實(shí)驗室二期工程施工現場(chǎng)。未來(lái)，這里會(huì )開(kāi)展包括探測暗物質(zhì)在內的更多深地科學(xué)領(lǐng)域實(shí)驗項目。

◎ 宇宙密度的95％以上是尚不為人們所了解的暗物質(zhì)和暗能量。

◎ 中國錦屏地下實(shí)驗室是目前世界上最深的地下實(shí)驗室，垂直巖石覆蓋達2400米。探測暗物質(zhì)是這個(gè)實(shí)驗室的重要使命。

◎ 錦屏地下實(shí)驗室二期工程土建工作將于明年底完工，30倍于目前實(shí)驗室面積的實(shí)驗室群將成型。這里將不僅是探測暗物質(zhì)的主戰場(chǎng)。

11月底，乘車(chē)從涼山西昌一路向北，在冕寧縣漫水灣駛入錦屏水電站專(zhuān)用公路，溯流而上，河灘峽谷，山擠著(zhù)山，兩個(gè)小時(shí)后，車(chē)輛一頭扎進(jìn)全長(cháng)17.5公里、開(kāi)車(chē)通行需要半個(gè)小時(shí)的錦屏山隧道，我們此行的目的地、國內首個(gè)極深實(shí)驗室錦屏地下實(shí)驗室快到了。一項將帶來(lái)未來(lái)新科學(xué)革命的研究在這個(gè)實(shí)驗室開(kāi)展。

原子、分子、等離子體……這些人類(lèi)熟知的重子物質(zhì)只占宇宙總密度的4％或5％，宇宙密度的95％以上是尚不為人們所了解的暗物質(zhì)和暗能量。探測暗物質(zhì)正是這個(gè)實(shí)驗室的重要使命。

這里的實(shí)驗有多神秘？科學(xué)家是怎樣工作生活的？本報記者走進(jìn)錦屏地下實(shí)驗室，帶你“零距離”感受。

3個(gè)“萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到”

萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到，這樣一個(gè)被世界物理學(xué)家視為“天堂”的實(shí)驗室看起來(lái)竟如此簡(jiǎn)單。

要進(jìn)入目前世界上最深的地下實(shí)驗室，我們滿(mǎn)以為會(huì )像科幻電影中一樣，穿過(guò)警衛森嚴的大門(mén)，坐著(zhù)極速電梯一路下行2400米才能到達核心區。但萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到，進(jìn)隧道行駛了10分鐘左右，車(chē)子就在一個(gè)大門(mén)口停了下來(lái)，除了門(mén)口的密碼鎖這大門(mén)也再普通不過(guò)了。“到了。”司機說(shuō)。

原來(lái)，錦屏地下實(shí)驗室就藏身于錦屏山腹部的隧道中部，垂直巖石覆蓋達2400米只是它所承受的錦屏山的高度。

國際上的地下實(shí)驗室分兩種，一種是利用廢棄的礦井，另一種是利用隧道。隧道比礦井交通便捷性好，開(kāi)車(chē)可直達，但找到合適的隧道并不容易，如果隧道比較短，就必須考慮從山側穿入的宇宙線(xiàn)。所幸的是，錦屏地下實(shí)驗室利用的長(cháng)度17.5公里、穿越錦屏山的隧道是世界第二深埋隧道，再加上錦屏地下實(shí)驗室周?chē)�的巖石純度非常高，在這里，高能量的宇宙線(xiàn)被盡可能屏蔽，為暗物質(zhì)探索提供了“干凈”的環(huán)境。

第二個(gè)“萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到”，是這樣一個(gè)被世界物理學(xué)家視為“天堂”的實(shí)驗室看起來(lái)竟如此簡(jiǎn)單。

錦屏地下實(shí)驗室呈“T”形結構，進(jìn)門(mén)首先是一塊上海交大和清華大學(xué)的公共區域，與這一區域垂直的是一個(gè)狹長(cháng)的走廊，走廊中，上海交大的暗物質(zhì)直接探測器材擺在中間，再向里走，穿過(guò)一道門(mén)，就到了清華大學(xué)暗物質(zhì)實(shí)驗室，4000立方米的實(shí)驗室空間，看上去也就相當于3個(gè)大房間。

記者睜大了眼睛，來(lái)回走了幾圈，只看到一些大大小小像氧氣罐一樣的容器、像磚塊一樣的設備和儀器，看上去一點(diǎn)都不“科幻”。“最近有的設備停下來(lái)了在做升級，里面顯得有點(diǎn)亂，不過(guò)你趕上也算幸運，一般我們實(shí)驗室都不讓人打擾呢。”隨行的清華大學(xué)課題組工作人員覃建強說(shuō)。

最后一個(gè)“萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到”，是錦屏地下實(shí)驗室里暗藏的“玄機”。

清華暗物質(zhì)實(shí)驗室是雙層結構，科學(xué)家們在底下一層做研究，第二層放設備。突然，就像芝麻開(kāi)門(mén)一樣，墻壁上彈出一個(gè)門(mén)，有人從門(mén)里走出來(lái)。原來(lái)，這最里面還有第三道門(mén)，里面藏的“寶貝”就是清華的暗物質(zhì)探測儀器。“這個(gè)門(mén)可是1米厚的聚乙烯材料，用于阻攔和吸引中子。”覃建強邊走邊介紹，20厘米厚的鉛層，用于屏蔽外部的伽馬射線(xiàn)；20厘米厚的含硼聚乙烯，用于吸收剩余的中子；10厘米厚的高純無(wú)氧銅，用于阻擋鉛材料及外部其他材料中的伽馬射線(xiàn)，這些屏蔽設備幾乎屏蔽掉了能夠想到的一切輻射源。在最里面的低溫液氮環(huán)境中躺著(zhù)的是直接探測暗物質(zhì)的1公斤高純度鍺實(shí)驗探測器，“千足金只有99.9%的含量，即三個(gè)‘9’，但高純度鍺則達到12個(gè)‘9’以上的純度。”

3個(gè)“地下工作者”

不僅要干數據采集和分析的“細活兒”，也要干各種搬運重物的“粗活兒”，3個(gè)人都是“全能型人才”。

目前，守衛探測器的是兩位清華博士生，略顯稚氣的臉龐讓人想不到他們都已經(jīng)博士三年級和四年級了。

1990年出生的楊麗桃是河北石家莊人，從四川大學(xué)本科畢業(yè)后進(jìn)入清華碩博連讀，2012年開(kāi)始，楊麗桃就陸續在錦屏地下實(shí)驗室工作。略顯靦腆的他說(shuō)起眼前的探測器話(huà)就多了起來(lái)，“做研究就要耐得住寂寞，在5-10年內想探測到暗物質(zhì)會(huì )很難很難，我們做的是盡可能在實(shí)驗上排除掉暗物質(zhì)不可能存在的區域，在理論上進(jìn)行不斷地修正，為后來(lái)的研究者打好基礎。”來(lái)自安徽六安的羅志飛比楊麗桃大兩歲，也是楊麗桃的師兄，從小立志要做追求宇宙奧秘的科學(xué)家。

二人所在的“戰斗三人組”還有一名成員覃建強。地道的四川人，從成都理工大學(xué)畢業(yè)后就加入了清華團隊，提供管理和生活協(xié)助。

對他們3人來(lái)說(shuō)，不僅要干專(zhuān)業(yè)性很強的數據采集和分析的“細活兒”，也要和中鐵21局的工人師傅一起，干各種搬運重物、清洗屏蔽組件的“粗活兒”。他們自己開(kāi)玩笑說(shuō)，都是“全能型人才”。

錦屏地下實(shí)驗室四季恒溫，不需要空調，實(shí)現了光纖、網(wǎng)絡(luò )全覆蓋。但與地面實(shí)驗室不同的是，沒(méi)有窗戶(hù)，別說(shuō)刮風(fēng)下雨絲毫感覺(jué)不到，進(jìn)去久了還容易搞不清外界是白天還是黑夜。“地下工作”時(shí)間久了，會(huì )不會(huì )不適？“地下實(shí)驗室的通風(fēng)設備很好，絲毫不會(huì )感到氣悶，人在下面呆個(gè)半天，不會(huì )有任何異樣的感覺(jué)。”覃建強介紹，一旦儀器運行穩定后，科研人員只需在地面上的辦公室監控探測器運行即可，而地下實(shí)驗室的所有數據也會(huì )傳送至地面甚至還可以傳回清華，科研人員無(wú)需24小時(shí)“守”著(zhù)探測器。

30倍大的“實(shí)驗室群”

到明年底，錦屏地下實(shí)驗室二期工程土建工作將完工，30倍于目前實(shí)驗室面積的實(shí)驗室群將成型。

隨著(zhù)歷時(shí)10年建設的錦屏水電站全面投產(chǎn)，曾經(jīng)機器轟鳴、萬(wàn)人勞作的建設場(chǎng)面不見(jiàn)了，雅礱江水安靜流淌，只有從錦屏山隧道里偶爾出來(lái)的卡車(chē)，暗示著(zhù)這里還有唯一的建設現場(chǎng)——錦屏地下實(shí)驗室二期工程。

2009年，當清華大學(xué)與雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司啟動(dòng)中國錦屏地下實(shí)驗室建設時(shí)，錦屏地下實(shí)驗室主任、清華大學(xué)教授程建平并沒(méi)想到，這個(gè)實(shí)驗室會(huì )在5年后迎來(lái)二期建設的啟動(dòng)。“當時(shí)我們基于開(kāi)展暗物質(zhì)研究的需要來(lái)建設，至于更大規模、能夠容納更多領(lǐng)域重大基礎前沿課題研究的實(shí)驗室建設，我們當時(shí)并沒(méi)有想過(guò)。”程建平坦言。

錦屏地下實(shí)驗室目前容納了上海交大、清華兩個(gè)實(shí)驗組，分別使用液氙探測器開(kāi)展暗物質(zhì)的直接探測和采用低溫半導體開(kāi)展探測。4年來(lái)，清華大學(xué)發(fā)表了3篇暗物質(zhì)靈敏度實(shí)驗結果，今年11月11日發(fā)表的最新論文更是進(jìn)一步縮小暗物質(zhì)存在區域，同時(shí)推翻了美國CoGeNT暗物質(zhì)實(shí)驗組近年來(lái)宣稱(chēng)“已經(jīng)探測到暗物質(zhì)存在區域”的結論；上海交大則發(fā)表了Panda

X實(shí)驗得到的首個(gè)物理結果。

清華和上海交大都在準備更新?lián)Q代探測設備。清華從1公斤高純鍺探測器向10公斤邁進(jìn)，上海交大計劃將120公斤的液態(tài)氙向500公斤級的探測器升級。而目前，世界上運行中最大的該類(lèi)型探測器是美國的250公斤級LUX探測器。

在參與CDEX研究的清華大學(xué)工程物理系副教授岳騫看來(lái)，錦屏地下實(shí)驗室不僅可以探測暗物質(zhì)，還可以開(kāi)展地下核天體物理實(shí)驗、太陽(yáng)中微子等重大基礎性前沿課題。“深地實(shí)驗物理內容豐富，我國又有錦屏地下實(shí)驗室這樣得天獨厚的深地實(shí)驗條件，希望更多的人投身其中。”

今年8月，清華大學(xué)與雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司簽署共同建設中國錦屏地下實(shí)驗室二期的合作協(xié)議，到明年底，錦屏地下實(shí)驗室二期工程土建工作將完工，30倍于目前實(shí)驗室面積的實(shí)驗室群將會(huì )成型。不遠的將來(lái)，這里不僅是探測暗物質(zhì)的主戰場(chǎng)，更多深地科學(xué)領(lǐng)域實(shí)驗項目的開(kāi)展，將使這里成為世界物理學(xué)家心中的圣地。

世界最深實(shí)驗室“前五”

No.1 中國錦屏地下實(shí)驗室（CJPL）

巖石覆蓋厚度2400米

No.2 美國杜賽爾(DUSEL)二期地下實(shí)驗室（在建）

巖石覆蓋厚度2300米

No.3 加拿大斯諾(SNO)地下實(shí)驗室

巖石覆蓋厚度約2000米

No.4 法國摩丹(Modane)地下實(shí)驗室

巖石覆蓋厚度約1700米

No.5 意大利格蘭薩索(GranSasso)地下實(shí)驗室

巖石覆蓋厚度約1400米（數據參考清華大學(xué)工程物理系程建平等人發(fā)表的《國際地下實(shí)驗室發(fā)展綜述》）(記者 劉川)

涉及版權問(wèn)題，請及時(shí)與站長(cháng)取得聯(lián)系，及時(shí)刪除，涼山州網(wǎng)-涼山彝族自治州新聞媒體平臺(a1movingpro.com)