12月12日，世界最深的地下實(shí)驗(yàn)室在我國(guó)投入使用
地下2400米 啟程探尋暗物質(zhì)
來(lái)源：人民日?qǐng)?bào) 2010-12-13 趙婀娜 張彥春
【核心提示】12月12日，清華大學(xué)與二灘公司聯(lián)合建立的中國(guó)首個(gè)極深地下實(shí)驗(yàn)室，也是世界最深的地下實(shí)驗(yàn)室——“中國(guó)錦屏極深地下暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室”投入使用，這標(biāo)志著全世界巖石覆蓋最深的暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室正式建成啟用。也標(biāo)志著我國(guó)正式加入暗物質(zhì)研究這個(gè)自然奧秘探索的最前沿領(lǐng)域。
暗物質(zhì)是什么，國(guó)際上對(duì)暗物質(zhì)的研究情況如何，我國(guó)開(kāi)展暗物質(zhì)探測(cè)有什么意義？記者走進(jìn)世界最深地下實(shí)驗(yàn)室，走近暗物質(zhì)。
地下2400米
宇宙射線(xiàn)量為地面億分之一，世界上最“干凈”的實(shí)驗(yàn)室
巍巍錦屏山，山體宏厚，美麗的雅礱江沿錦屏山勢(shì)順流而下。在二灘水電站17公里長(zhǎng)的錦屏隧洞內(nèi)，中國(guó)首個(gè)極深地下實(shí)驗(yàn)室就建在這里。這是世界最深的地下實(shí)驗(yàn)室，也是世界上最“干凈”的地下實(shí)驗(yàn)室。
所謂最“干凈”，是指輻射最少、雜質(zhì)最少。清華大學(xué)工程物理系教授李元景告訴記者，世界上最難擋住的就是宇宙射線(xiàn)，要打造一個(gè)最理想的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，就要盡量遮蔽住宇宙射線(xiàn)，而用巖石阻擋是好辦法。錦屏隧洞最大埋深達(dá)2400米左右，實(shí)驗(yàn)室設(shè)立其中，就相當(dāng)于將實(shí)驗(yàn)室設(shè)在地下2400多米深的地方，超過(guò)了加拿大的巖石覆蓋厚度2000米的斯諾實(shí)驗(yàn)室，能將宇宙射線(xiàn)通量降到地面水平的約億分之一。
而為了讓實(shí)驗(yàn)室變得更“干凈”，工作人員還對(duì)環(huán)境進(jìn)行了特殊的包裝。清華大學(xué)暗物質(zhì)項(xiàng)目組的岳騫副教授告訴記者，實(shí)驗(yàn)室外層是1米厚的聚乙烯材料，用于阻攔和吸引中子；然后是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伽馬射線(xiàn)。這些屏蔽設(shè)備幾乎屏蔽掉了能夠想到的一切輻射源，最里面才為“捕捉”暗物質(zhì)的精密儀器——高純鍺探測(cè)器的工作空間。
高純鍺探測(cè)器，捕捉暗物質(zhì)的“網(wǎng)”，是深藏在多層屏蔽體內(nèi)的黃色金屬立方體，由純度高達(dá)99.9999999999%（簡(jiǎn)稱(chēng)12個(gè)9）的高純鍺晶體制成，是目前人類(lèi)可以得到的純度最高的晶體材料。據(jù)介紹，經(jīng)過(guò)層層屏蔽后，如果通過(guò)高純鍺探測(cè)器能夠探測(cè)到未知的粒子，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置反映在相連的測(cè)量裝置上，通過(guò)對(duì)不同的波形反饋的分析，以獲取未知粒子的各種測(cè)量參數(shù)，從而可能發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)中的一種。
神秘暗物質(zhì)
暗物質(zhì)占宇宙的20%以上，理論已經(jīng)證明，只待捕捉
暗物質(zhì)到底是什么？為什么暗物質(zhì)的探尋被稱(chēng)為世界自然科學(xué)領(lǐng)域的制高點(diǎn)？
受聘于清華大學(xué)工程物理系從事暗物質(zhì)研究和學(xué)科建設(shè)的中科院高能物理研究所研究員李金告訴記者，我們觀(guān)察宇宙，總是通過(guò)各種各樣的電磁波，從低能的無(wú)線(xiàn)電波到高能的γ射線(xiàn)。但這些手段都看不到一種物質(zhì)，這種物質(zhì)有質(zhì)量卻不可見(jiàn)，被稱(chēng)為暗物質(zhì)。
為什么要研究和探測(cè)暗物質(zhì)？“暗物質(zhì)占據(jù)整個(gè)宇宙比重相當(dāng)大，超過(guò)20%。我們研究宇宙上百年，發(fā)現(xiàn)自己竟然只看到了4%，當(dāng)然要搞清楚其余的是怎么回事，是何物質(zhì)。何況，暗物質(zhì)的存在已經(jīng)理論物理證實(shí)，只是等待探測(cè)與捕捉，全世界該領(lǐng)域的科學(xué)家自然都會(huì)去努力尋找?！崩罱鸶嬖V記者，“大家將暗物質(zhì)的尋找公認(rèn)為21世紀(jì)最重大的物理問(wèn)題?！?/P>
李元景認(rèn)為，暗物質(zhì)的探測(cè)是多學(xué)科合作的過(guò)程，開(kāi)展暗物質(zhì)探測(cè)，可以有效帶動(dòng)我國(guó)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，如低噪聲電子學(xué)的發(fā)展、更靈敏的探測(cè)器、更好的屏蔽技術(shù)等。
長(zhǎng)征第一步
我國(guó)暗物質(zhì)探測(cè)進(jìn)入了實(shí)質(zhì)階段，最快明年得出首批數(shù)據(jù)
目前各國(guó)都在加緊建設(shè)極深地下實(shí)驗(yàn)室。美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、意大利、加拿大、日本等國(guó)家已經(jīng)建立起幾十個(gè)空間大小不同的地下實(shí)驗(yàn)室，在這些實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)展了各種低本底實(shí)驗(yàn)。我國(guó)一直沒(méi)有很好的地下實(shí)驗(yàn)室，特別是極深地下實(shí)驗(yàn)室。
“實(shí)驗(yàn)室的建成和投入使用標(biāo)志著我們國(guó)家暗物質(zhì)探測(cè)進(jìn)入了實(shí)質(zhì)階段，也標(biāo)志著我國(guó)在低能量領(lǐng)域，暗物質(zhì)探測(cè)占據(jù)了國(guó)際領(lǐng)先水平?！崩钤敖榻B，從此以后，我們國(guó)家的科學(xué)家就不用去其他國(guó)家開(kāi)展暗物質(zhì)試驗(yàn)了。
當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)室的建成還只是暗物質(zhì)探測(cè)萬(wàn)里長(zhǎng)征的第一步。李金透露，樂(lè)觀(guān)估計(jì)，明年年底，將有第一批針對(duì)暗物質(zhì)探測(cè)的數(shù)據(jù)被得出。
子夜走筆
夢(mèng)想，最大的原動(dòng)力
在應(yīng)用科學(xué)“熱”于基礎(chǔ)科學(xué)的今天，我國(guó)開(kāi)展暗物質(zhì)的探尋，其過(guò)程或許比結(jié)果更為重要。因?yàn)檫@個(gè)過(guò)程，是對(duì)科學(xué)家最樸實(shí)的好奇心與夢(mèng)想的最大肯定；是對(duì)科學(xué)家們摒棄浮躁、耐得寂寞的最大鼓勵(lì)；是向全世界彰顯中國(guó)應(yīng)用科學(xué)和基礎(chǔ)科學(xué)并重、向科研大國(guó)堅(jiān)實(shí)邁進(jìn)的胸懷。
在人類(lèi)自我認(rèn)知、世界認(rèn)知的過(guò)程中，好奇心與夢(mèng)想，始終是最大的原動(dòng)力。誠(chéng)然，暗物質(zhì)的探尋只是宇宙學(xué)、理論物理學(xué)尚未解決的若干問(wèn)題中的一個(gè)。但是，世界最深地下實(shí)驗(yàn)室的建成，必將極大凸顯國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)的重視，極大喚起全社會(huì)對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)的興趣，極大鼓舞從事暗物質(zhì)研究以及其他基礎(chǔ)科學(xué)難題研究的科研工作者。因?yàn)椋切┬枰偷米〖拍摹袄淇茖W(xué)”學(xué)科的學(xué)者們將會(huì)感知到，科學(xué)家的夢(mèng)想會(huì)被呵護(hù)，好奇心將獲鼓勵(lì)。
放眼未來(lái)，只要永遠(yuǎn)秉持那份夢(mèng)想與好奇心，秉持探索和追尋的勇氣，一個(gè)個(gè)科學(xué)難題的解決，還將遙遠(yuǎn)嗎？（趙婀娜）
