中國錦屏地下實驗室：捕捉最“弱”的光

【曬曬咱的國之重器23】

這裡是垂直岩石覆寫厚度達2400米的“極深地下”！

這裡是世界上最“黑”的房子！

在這個深藏于四川涼山彜族自治州，錦屏山交通隧道中部地下的“黑”房子裡，伴随着原子核信号放大後的微微閃光，科研人員在不間斷運作的儀器旁凝神尋找、捕捉。

這裡，就是中國錦屏地下實驗室。

科研人員每時每刻的工作就是“找東西”。他們在找什麼？

找宇宙中最“弱”的光——暗物質，一種一直沒有被“看見”，卻在物質起源和宇宙演化過程中具有重要地位的物質。

如果把宇宙全貌比作一片海洋，到目前為止，人類礙于有限的了解和觀察手段，還隻是在探索這片“海洋”的一小部分。天文學的衆多觀測資料表明，暗物質約占整個宇宙物質品質的85%。但，它看不見、摸不着，幾乎不和任何物體發生作用。

為了捕捉到這神秘又“腼腆”的暗物質，21世紀以來，國際上相繼開展了20多個探測實驗。人們相信：誰先揭開它的面紗，誰就将促成人類對物質世界和宇宙認識的又一次重大飛躍。

目前，暗物質探測方法大體分為“上天”“入地”和“人造暗物質”三類：“上天”指間接探測實驗，為減少地球大氣層的幹擾，通常在太空進行；“入地”指直接探測實驗，為減少宇宙線的幹擾，通常在地下實驗室進行；“人造暗物質”指加速器實驗，即通過普通粒子的對撞來産生暗物質粒子，主要在歐洲核子中心的大型強子對撞機上進行。

中國錦屏地下實驗室開展的研究就屬于“入地”。

在這裡，2400米的岩石隧道就像一個暗室，牢牢地把宇宙射線的噪聲擋住。與國際上其他地下實驗室相比，這裡岩石覆寫最深，宇宙線通量最小，可用空間最大，并且具備交通便捷、電力及水源充足的優勢。

2010年12月12日，“中國錦屏地下實驗室”揭牌并投入使用，标志着中國擁有了世界一流的潔淨的低輻射研究平台。随後，清華大學牽頭的盤古計劃（CDEX）高純鍺暗物質實驗和上海交通大學牽頭的熊貓計劃（PandaX）液氙暗物質實驗項目入駐。

“類似于‘等暗物質自投羅網’。”清華大學工程實體系教授、CDEX暗物質實驗負責人嶽骞介紹，在這個極度安靜的實驗室裡，兩支團隊所放置的探測器中的靶粒子會和暗物質“相撞”，并從它們身上得到一點能量，而這個能量可以變成電離信号也可以變成熱振動信号，或是閃爍光信号。科學家們可以把暗物質粒子和普通物質互相作用後的各種參數都記錄下來，從中統計規律，再利用這些蛛絲馬迹一點點拼湊出暗物質的資訊。

事實上，暗物質和普通物質相撞的機率極低。科學家們可不是守株待兔。

4000立方米的實驗室一期裡，每一個實驗環節的精心設計，每一位科研人員的分秒必争，都向着兩個目标奔赴——增效，千方百計提升暗物質的碰撞信号；降本，絞盡腦汁屏蔽背景的幹擾信号。

成果接二連三。2013年，CDEX合作組發表了大陸首個暗物質直接探測實驗結果。2014年，給出點電極高純鍺暗物質探測方面國際最靈敏實驗結果，這一結果利用相同探測技術，确定性地排除了美國CoGeNT實驗組給出的暗物質存在區域。近兩年，雖然在中國錦屏地下實驗室的國家重大科技基礎設施“極深地下極低輻射本底前沿實體實驗設施”還在緊鑼密鼓的建設過程中，但兩個實驗組持續取得新突破，在暗物質年度調制、暗光子、軸子等不同暗物質模型下給出了一系列國際先進成果，保持國際“并跑”。

眼下，正在建設的二期實驗空間将增加到30萬立方米。更多科研團隊正摩拳擦掌，等待進入擴建後的這個極深地下實驗空間。

暗黑世界，隻為那一眼“看見”！在這條路上，每一點執着堅持後的發現都将使人類對物質世界的認識更進一步，也必将在科學史上镌刻下屬于中國科學家的一筆。

（本報記者 鄧晖）

來源：《光明日報》（2022年04月12日 01版）

圖檔：中國錦屏地下實驗室網站

責編：王遠方

編輯：吳亞琦