12月12日，世界最深的地下實驗室在我國投入使用
地下2400米 啟程探尋暗物質(zhì)
來源：人民日報 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)合建立的中國首個極深地下實驗室，也是世界最深的地下實驗室——“中國錦屏極深地下暗物質(zhì)實驗室”投入使用，這標(biāo)志著全世界巖石覆蓋最深的暗物質(zhì)實驗室正式建成啟用。也標(biāo)志著我國正式加入暗物質(zhì)研究這個自然奧秘探索的最前沿領(lǐng)域。
暗物質(zhì)是什么，國際上對暗物質(zhì)的研究情況如何，我國開展暗物質(zhì)探測有什么意義？記者走進(jìn)世界最深地下實驗室，走近暗物質(zhì)。
地下2400米
宇宙射線量為地面億分之一，世界上最“干凈”的實驗室
巍巍錦屏山，山體宏厚，美麗的雅礱江沿錦屏山勢順流而下。在二灘水電站17公里長的錦屏隧洞內(nèi)，中國首個極深地下實驗室就建在這里。這是世界最深的地下實驗室，也是世界上最“干凈”的地下實驗室。
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，要打造一個最理想的實驗環(huán)境，就要盡量遮蔽住宇宙射線，而用巖石阻擋是好辦法。錦屏隧洞最大埋深達(dá)2400米左右，實驗室設(shè)立其中，就相當(dāng)于將實驗室設(shè)在地下2400多米深的地方，超過了加拿大的巖石覆蓋厚度2000米的斯諾實驗室，能將宇宙射線通量降到地面水平的約億分之一。
而為了讓實驗室變得更“干凈”，工作人員還對環(huán)境進(jìn)行了特殊的包裝。清華大學(xué)暗物質(zhì)項目組的岳騫副教授告訴記者，實驗室外層是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；20厘米厚的含硼聚乙烯，用于吸收剩余的中子；10厘米厚的高純無氧銅，用于阻擋鉛材料及外部其他材料中伽馬射線。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——高純鍺探測器的工作空間。
高純鍺探測器，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%（簡稱12個9）的高純鍺晶體制成，是目前人類可以得到的純度最高的晶體材料。據(jù)介紹，經(jīng)過層層屏蔽后，如果通過高純鍺探測器能夠探測到未知的粒子，可以通過實驗裝置反映在相連的測量裝置上，通過對不同的波形反饋的分析，以獲取未知粒子的各種測量參數(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)的探尋被稱為世界自然科學(xué)領(lǐng)域的制高點？
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，我們觀察宇宙，總是通過各種各樣的電磁波，從低能的無線電波到高能的γ射線。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，被稱為暗物質(zhì)。
為什么要研究和探測暗物質(zhì)？“暗物質(zhì)占據(jù)整個宇宙比重相當(dāng)大，超過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，只是等待探測與捕捉，全世界該領(lǐng)域的科學(xué)家自然都會去努力尋找。”李金告訴記者，“大家將暗物質(zhì)的尋找公認(rèn)為21世紀(jì)最重大的物理問題。”
李元景認(rèn)為，暗物質(zhì)的探測是多學(xué)科合作的過程，開展暗物質(zhì)探測，可以有效帶動我國相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，如低噪聲電子學(xué)的發(fā)展、更靈敏的探測器、更好的屏蔽技術(shù)等。
長征第一步
我國暗物質(zhì)探測進(jìn)入了實質(zhì)階段，最快明年得出首批數(shù)據(jù)
目前各國都在加緊建設(shè)極深地下實驗室。美國、英國、法國、意大利、加拿大、日本等國家已經(jīng)建立起幾十個空間大小不同的地下實驗室，在這些實驗室中開展了各種低本底實驗。我國一直沒有很好的地下實驗室，特別是極深地下實驗室。
“實驗室的建成和投入使用標(biāo)志著我們國家暗物質(zhì)探測進(jìn)入了實質(zhì)階段，也標(biāo)志著我國在低能量領(lǐng)域，暗物質(zhì)探測占據(jù)了國際領(lǐng)先水平。”李元景介紹，從此以后，我們國家的科學(xué)家就不用去其他國家開展暗物質(zhì)試驗了。
當(dāng)然，實驗室的建成還只是暗物質(zhì)探測萬里長征的第一步。李金透露，樂觀估計，明年年底，將有第一批針對暗物質(zhì)探測的數(shù)據(jù)被得出。
子夜走筆
夢想，最大的原動力
在應(yīng)用科學(xué)“熱”于基礎(chǔ)科學(xué)的今天，我國開展暗物質(zhì)的探尋，其過程或許比結(jié)果更為重要。因為這個過程，是對科學(xué)家最樸實的好奇心與夢想的最大肯定；是對科學(xué)家們摒棄浮躁、耐得寂寞的最大鼓勵；是向全世界彰顯中國應(yīng)用科學(xué)和基礎(chǔ)科學(xué)并重、向科研大國堅實邁進(jìn)的胸懷。
在人類自我認(rèn)知、世界認(rèn)知的過程中，好奇心與夢想，始終是最大的原動力。誠然，暗物質(zhì)的探尋只是宇宙學(xué)、理論物理學(xué)尚未解決的若干問題中的一個。但是，世界最深地下實驗室的建成，必將極大凸顯國家對基礎(chǔ)科學(xué)的重視，極大喚起全社會對基礎(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。因為，那些需要耐得住寂寞的“冷科學(xué)”學(xué)科的學(xué)者們將會感知到，科學(xué)家的夢想會被呵護(hù)，好奇心將獲鼓勵。
放眼未來，只要永遠(yuǎn)秉持那份夢想與好奇心，秉持探索和追尋的勇氣，一個個科學(xué)難題的解決，還將遙遠(yuǎn)嗎？（趙婀娜）
