▲中国锦屏地下尝试室位于2400米的地下。 图/新华社
据央视新闻报导， 为了研究看不见摸不着的暗物量， 中国成立了首个极深地下尝试室——“中国锦屏地下尝试室”。
在四川凉山彝族自治州的雅砻江锦屏大河湾， 锦屏水电站下方， 如今正稳步推进“中国锦屏地下尝试室”二期项目， 其位于岩石笼盖下方深达2400米的地下， 是世界最深更大的极深地下尝试室。
而暗物量不断是个谜， 抓取难度很大， 到目前为行， 世界上也没有人实正“捕获”到它。
“纯净”布景更容易“捕获”暗物量
为什么研究一个宇宙课题， 要“向深地进军”？
你有没有在伸手不见五指的夜里看过星空？乌黑布景愈加陪衬出了繁星的灿烂。 我们的地球、太阳还有看得见的星辰， 那些发光或者反射光线的物量都是由原子构成的， 天文学家和物理学家称之为通俗物量。 通俗物量的特征是包罗电磁感化， 简而言之， 能够发光或吸收光。
在我们宇宙中， 通俗物量仅仅占宇宙成分的5%， 还有近20%是暗物量， 别的75%是愈加诡异的暗能量。 暗物量不发光， 我们无法用通俗尝试手段去“捕获”它；而暗能量则在鞭策宇宙加速膨胀， 使其密度愈加稀薄。
天文学家凭什么晓得暗物量存在呢？暗物量固然不发光， 但它也有引力感化。 在我们的星系标准上， 它供给了大部门引力， 把星系束缚成我们如今看到的样子。 若是没有暗物量， 星系大部门就会飞散了。
可那种办法， 只是让我们晓得暗物量存在， 并没有透露暗物量的详细成分， 所以科学家们仍是希望能“抓”到暗物量或者它们衰变之后的次级成分， 通过数据重建， 从而更好天文解暗物量的成分， 进一步掌握宇宙演化、星系构成等规律。
事实上， 寻找暗物量也有多种办法。 好比， 我国紫金山天文台在2015岁尾发射了“悟空号”暗物量探测卫星， 希望通过太空宇宙线（来自天体的高能粒子）的成分， 寻找因为暗物量衰变之后的陈迹。 那颗卫星在宇宙线研究已经获得了相当多功效。 那是在太空里寻找暗物量。 而更早的例子， 是出名的美籍华人科学家丁肇中先生， 在国际空间站上安设的阿尔法磁谱仪。
在地下尝试室寻找暗物量， 或者其他粒子， 则是更常见的做法。 欧美日本此前已经操纵烧毁的矿井建立了多个地下尝试室。 那种办法的关键， 是操纵厚厚的岩层阻挠来自宇宙空间的高能粒子， 供给“纯净”的布景， 让暗物量衰变产生的粒子突显出来。
令中国暗物量研究赶超国外先辈程度
暗物量寻找， 目前得到的根本是零成果， 是逐步排除“不存在”的能谱区域。 有意思的是， 在那个过程中， 往往得到许多意想不到的其他功效。
20世纪60年代， 美国物理学家操纵烧毁金矿建立的1600米深的地下尝试室， 胜利探测到了太阳中微子。 日本岐阜县神冈町一个深达1000米的烧毁砷矿中建造的大型中微子探测器， 不测探测到了超新星1987A的中微子， 主持两代探测器的小柴昌俊、梶田隆章先后摘得了诺贝尔物理学奖桂冠。
所以， 如许的地下尝试室， 不但是通俗意义上的一座尝试室， 而是集中了多种学科、多种科学目的的大型尝试中心。 2008年锦屏山隧道全线贯穿时， 清华大学工程物理系一位教师留意到了那里的岩石笼盖达2400米， 那恰是科学家求之不得的“暗中情况”， 能够令中国的暗物量研究赶超国外先辈程度。
2010年12月12日， “中国锦屏地下尝试室”正式揭牌， 清华大学暗物量探测尝试组率先入驻， 接纳半导体质料停止探测；2011年上海交通大学物理系的研究团队也入驻， 利用液氙探测器工做。 两收团队两种办法独立探测， 能够穿插验证， 并查验更广的能谱区域。
从空中抵达地下尝试室， 需要在隧道内开车大要20分钟。 而仪器在运行不变形态下其实不需要工做人员在地下值守， 只需在空中上的办公室监控， 尝试数据会主动上传。
锦屏地下尝试室的建成， 帮忙中国科学家实现暗物量研究范畴从无到有、从跟跑到并跑的逾越， 并获得一系各国际一流程度的暗物量研究功效。
好比， 去年上海交通大学传授、中国锦屏地下尝试室“熊猫”尝试发言人刘江来博士在马塞尔·格罗斯曼国际广义相对论大会上， 公布了首个暗物量搜索成果。 此次成果基于PandaX-4T试运行95天的数据， 用0.63吨·年的曝光量， 再次刷新了暗物量性量的鸿沟值。
如今锦屏地下尝试室正在扩建的二期工程， 将从现有4000立方米扩容到12万立方米。 相信会有更多的国际领先的尝试功效， 不竭地从锦屏地下尝试室里涌现， 正如我们在至暗的夜空， 才气看到最灿烂的星空。
撰稿/孙正凡（科普做家）
编纂/徐秋颖
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