中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室 - 簡介

關(guān)于暗物質(zhì)的電腦模擬圖。該圖演示了不可見暗物質(zhì)是如何在光環(huán)中結(jié)合的。

中國首個極深地下實(shí)驗(yàn)室——“中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室”2010年12月12日在四川雅礱江錦屏水電站揭牌并投入使用，錦屏地下實(shí)驗(yàn)室垂直巖石覆蓋達(dá)2400米，是目前世界巖石覆蓋最深的實(shí)驗(yàn)室。它的建成標(biāo)志著中國已經(jīng)擁有了世界一流的潔凈的低輻射研究平臺，能夠自主開展像暗物質(zhì)探測這樣的國際最前沿的基礎(chǔ)研究課題。目前，清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)組的暗物質(zhì)探測器已經(jīng)率先進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，并啟動探測工作，而2011年上海交通大學(xué)等研究團(tuán)隊(duì)也將進(jìn)入這里開展暗物質(zhì)的探測研究。

中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室 - 暗物質(zhì)

在宇宙學(xué)中，暗物質(zhì)是指那些不發(fā)射任何光及電磁輻射的物質(zhì)。人們目前只能通過引力產(chǎn)生的效應(yīng)得知宇宙中有大量暗物質(zhì)的存在。暗物質(zhì)存在的最早證據(jù)來源于對球狀星系旋轉(zhuǎn)速度的觀測。現(xiàn)代天文學(xué)通過引力透鏡、宇宙中大尺度結(jié)構(gòu)形成、微波背景輻射等研究表明：我們目前所認(rèn)知的部分大概只占宇宙的4%，暗物質(zhì)占了宇宙的23%，還有73%是一種導(dǎo)致宇宙加速膨脹的暗能量。

中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室 - 延伸

地下實(shí)驗(yàn)室在隧道里

在建設(shè)二灘水電站過程中，四川錦屏山底曾修建了18公里可以通行汽車的隧道，上面是2500多米厚的山體巖石。這里將成為研究所成立后首個實(shí)驗(yàn)的開展地，專門“搜捕”暗物質(zhì)。目前這里是世界上最優(yōu)越的探測暗物質(zhì)的環(huán)境。

之所以稱之為最優(yōu)，據(jù)交大物理系主任、粒子物理宇宙學(xué)研究所所長季向東介紹，該實(shí)驗(yàn)室利用的是當(dāng)?shù)亟ㄋ娬緯r(shí)修的地下隧道，在其側(cè)面開挖長40米，寬、高各為6米的空間。因而與國外一些“脫胎”于礦井的地下實(shí)驗(yàn)室相比，使用更為便利，不必坐著電梯上上下下，乘坐汽車就能“入地”。而埋深2500米的隧道，更是難得，因?yàn)槁竦迷缴?，宇宙射線的干擾就越少。

“地下工作”并無不適

“從地面上開車大概20分鐘，就能到達(dá)地下實(shí)驗(yàn)室?！苯淮罅Ｗ游锢碛钪鎸W(xué)研究所特別研究員倪凱旋還記得第一次“入地”的感覺。戴上安全帽、穿著硬底鞋，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，入眼是各種儀器設(shè)備?！澳抢锼募竞銣?，冬暖夏涼，不需要用空調(diào)。唯一與地面實(shí)驗(yàn)室不同的是，那里沒有窗戶，刮風(fēng)下雨絲毫感覺不到，進(jìn)去久了也容易讓人搞不清外界是白天還是黑夜。”

“地下工作”時(shí)間久了，人是否會有不適?“地下實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)設(shè)備很好，絲毫不會感到氣悶，人在下面呆個半天，不會有任何異樣的感覺?！蹦邉P旋說，一旦儀器運(yùn)行穩(wěn)定后，他只需在地面上的辦公室監(jiān)控探測器運(yùn)行即可，而地下實(shí)驗(yàn)室的所有數(shù)據(jù)也會傳送至地面，因而，科研人員無需24小時(shí)“守”著探測器。

“捉拿”暗物質(zhì)很不易

讓不少人難以理解的是，暗物質(zhì)在宇宙中，科學(xué)家為啥要“鉆”到地下去探測呢?這是因?yàn)榘滴镔|(zhì)是種頗有“個性”的粒子，它質(zhì)量很大，但作用力卻微乎其微。

“每天可能有幾萬億個暗物質(zhì)穿過你的身體，但你卻感受不到，這是因?yàn)榘滴镔|(zhì)的散射截面很小?！蹦邉P旋打了一個比方，就像一只足球能被球網(wǎng)擋住，但是一個小鐵球就能穿網(wǎng)而過，就是因?yàn)樗慕孛姹惹蚓W(wǎng)的網(wǎng)格小。如何“網(wǎng)”住暗物質(zhì)?科學(xué)家們也想了很多辦法。

最初的辦法是天文觀測法，但是，卻無法解答“暗物質(zhì)是什么”。后來，人們又采取間接探測和直接探測的辦法。前者，是探測暗物質(zhì)相互碰撞產(chǎn)生的普通物質(zhì)粒子信號，一般通過地面或太空望遠(yuǎn)鏡探測;后者，則是用原子核與暗物質(zhì)碰撞，探測碰撞產(chǎn)生的信號。而在地面上，因?yàn)橛钪嫔渚€眾多，這些信號會對直接探測產(chǎn)生干擾，影響其鑒別能力。因此，地下實(shí)驗(yàn)室可以幫助探測器“擋”去干擾，讓其“靜心”工作。