地下2400米的中國(guó)實(shí)驗(yàn)室

文 劉科

垂直地下2400米是什么樣子？如果在這里建一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，你能想到的是做什么研究呢？

中國(guó)首個(gè)世界最深的極深地下實(shí)驗(yàn)室——中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室就位于地下2400米的地方，主要研究暗物質(zhì)。深埋地下，實(shí)驗(yàn)室?guī)缀鯖]有宇宙射線干擾，也許在不久的將來，這里的新發(fā)現(xiàn)很可能會(huì)引發(fā)物理學(xué)的一場(chǎng)革命。

中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室位于四川省雅礱江錦屏山隧道中間位置。7月20日，中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室正式啟動(dòng)新階段建設(shè)，“極深地下極低輻射前沿物理實(shí)驗(yàn)設(shè)施”項(xiàng)目正式進(jìn)駐地底，開始安裝實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

為何實(shí)驗(yàn)室要位于地下2400米？

現(xiàn)代物理學(xué)的重大突破需要極端實(shí)驗(yàn)條件。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)便是厚厚的巖石能把大部分宇宙射線都屏蔽掉，可以盡可能地減少宇宙射線的干擾。打個(gè)比方，如果山頂有1億個(gè)宇宙射線粒子射向這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的話，最后大概只有1個(gè)能夠進(jìn)入這里。

幾乎沒有宇宙射線干擾，使得該項(xiàng)目能夠面向未來新粒子探測(cè)和新物理研究，為開展粒子物理與核物理、天體物理學(xué)及宇宙學(xué)等領(lǐng)域的重大基礎(chǔ)前沿實(shí)驗(yàn)研究提供平臺(tái)支撐。

與目前國(guó)際上其他地下實(shí)驗(yàn)室相比，中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室?guī)r石覆蓋最深、宇宙線通量最小、可用空間最大，并且具備交通便捷、基礎(chǔ)設(shè)施完備等優(yōu)勢(shì)。

什么是暗物質(zhì)？

據(jù)普朗克衛(wèi)星研究結(jié)果表明，我們所熟知的普通物質(zhì)僅占宇宙總質(zhì)量的約4.9%！這些普通物質(zhì)構(gòu)成了恒星、星系等可見宇宙。而宇宙中不可見的暗物質(zhì)約占26.8%，其余68.3%則為暗能量。

暗物質(zhì)，就是一種看不見的物質(zhì)。這里所說的看不見，不單單是說用我們的肉眼在可見光波段看不見，而是說不論探測(cè)什么波段的電磁波，比如無線電、紅外線、紫外線、X射線等，都看不到它。也就是說，暗物質(zhì)幾乎不發(fā)出任何波段的電磁輻射。

為什么要研究暗物質(zhì)？

暗物質(zhì)理論和實(shí)驗(yàn)研究工作將極大擴(kuò)展人類對(duì)于普通物質(zhì)之外的宇宙世界的認(rèn)識(shí)，也為人類了解占宇宙大質(zhì)量份額的暗能量問題提供研究基礎(chǔ)，因而成為當(dāng)前粒子物理學(xué)、宇宙學(xué)、天體物理學(xué)等學(xué)科前沿的研究課題。它將是人類認(rèn)識(shí)宇宙的一次重大飛躍，可能導(dǎo)致一場(chǎng)新的物理學(xué)革命。

如何才能找到暗物質(zhì)？

目前普遍認(rèn)為有三種方法：第一種是利用加速器碰撞，看能否在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生暗物質(zhì)；第二種是在太空進(jìn)行間接探測(cè)；第三種就是測(cè)量暗物質(zhì)粒子與探測(cè)器靶核碰撞之后產(chǎn)生的信號(hào)，一般在地下實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室正是采取第三種方法來探測(cè)暗物質(zhì)。所以，地下2400米是絕佳的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在探測(cè)過程中，暗物質(zhì)可能會(huì)受到宇宙射線的影響，而在地表深處，宇宙射線量?jī)H為表面的約億分之一。在這個(gè)相對(duì)“干凈”的地方進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以避免很多干擾因素來“打擾”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。