中国锦屏地下实验室(中国首个极深地下实验室)

鱼翅捞饭 — Sun, 27 Nov 2022 07:16:39 +0000

中国首个极深地下实验室——“中国锦屏地下实验室”2010年12月12日在四川雅砻江锦屏水电站揭牌并投入使用，锦屏地下实验室垂直岩石复盖达2400米，是目前世界岩石复盖最深的实验室。它的建成标志着中国已经拥有了世界一流的洁净的低辐射研究平台，能够自主开展像暗物质探测这样的国际最前沿的基础研究课题。目前，清华大学实验组的暗物质探测器已经率先进入实验室，并启动探测工作，而2011年上海交通大学等研究团队也进入这里开展暗物质的探测研究。中国锦屏地下实验室即将扩建，将从4000立方米扩容到12万立方米。

组成结构

“中国锦屏地下实验室”利用为水电站修建的锦屏山隧道建成。其垂直岩石复盖达2400米，是目前世界上岩石复盖最深的地下实验室。与其相比，位于意大利中部格兰萨索山区的欧洲地下试验室就像个游戏室。在川藏群山下，粒子物理学家最头痛的宇宙线的强度仅为格兰萨索山区的1/200，为实验提供了“干净”的环境。

连接设锦屏一级、锦屏二级水电站的17.6公里交通洞，上面是2500多米厚的山体岩石。这里将成为研究所成立后首个实验的开展地，专门“搜捕”暗物质。目前这里是世界上最优越的探测暗物质的环境。

该实验室利用的是当地建水电站时修的地下隧道，在其侧面开挖长40米，宽、高各为6米的空间。因而与国外一些“脱胎”于矿井的地下实验室相比，使用更为便利，埋深2500米的隧道，因为埋得越深，宇宙射线的干扰就越少。

地下实验室是粒子物理和天体物理学等领域的暗物质探测研究、中微子实验等重大基础性前沿课题的重要研究场所。实验室采用的高纯锗探测器，不但需要尖端技术还需大量资金投入。

技术原理

在宇宙学中，暗物质是指那些不发射任何光及电磁辐射的物质。人们只能通过引力产生的效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、微波背景辐射等研究表明：我们所认知的部分大概只占宇宙的4%，暗物质占了宇宙的23%，还有73%是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量。

最初的办法是天文观测法，但是，却无法解答“暗物质是什么”。后来，人们又采取间接探测和直接探测的办法。前者，是探测暗物质相互碰撞产生的普通物质粒子信号，一般通过地面或太空望远镜探测；后者，则是用原子核与暗物质碰撞，探测碰撞产生的信号。而在地面上，因为宇宙射线众多，这些信号会对直接探测产生干扰，影响其鉴别能力。因此，地下实验室的建成可帮助探测器“挡”去干扰，让其“静心”工作。

因为暗物质在宇宙中是一种颇有“个性”的粒子，它品质很大，但作用力却微乎其微。“每天可能有几万亿个暗物质穿过你的身体，但你却感受不到，这是因为暗物质的散射截面很小。”专家为此打比方说，这就像一只足球能被球网挡住，但是一个小铁球就能穿网而过，这是因为它的截面比球网的网格要小。

探测方法

“从地面上开车大概20分钟，就能到达地下实验室。一旦仪器运行稳定后，他只需在地面上的办公室监控探测器运行即可，而地下实验室的所有数据也会传送至地面，因而，科研人员无需24小时“守”着探测器。

清华大学、上海交大两个实验组已入驻地下实验室，清华大学的暗物质探测器已经率先进入实验室并启动探测工作，而2011年上海交通大学等研究团队也将进入这里开展暗物质的探测研究。两个实验组的探测方式并不相同，上海交大将使用液氙探测器在此开展暗物质的直接探测，清华将采用低温半导体开展探测。在这个过程中，每一个科学发现都将使人们对物质世界的认识更进一步。龚敏说，四川大学将与清华大学协作，加入暗物质研究课题。

选址原因

选址锦屏山隧道是因为锦屏山拥有垂直岩石复盖最大的地理优势，该实验室是从隧道的侧面开挖出来的，长40米长，宽、高各为6米，深埋在地下，实际位于水平地面上。实验室各种仪器设备探测器、通风设备等都很好，地下实验室的所有数据都传送至地面。

研发进展

据资料显示，美国、英国、法国、意大利、加拿大、日本等许多国家都已经建立起地下实验室。早在去年，美国也在南达科塔州的黑山建立了一个深度约为2438米的地下实验室。日本也在2010年10月在位于岐阜县飞鳍市神冈矿山地下，建设了XMASS地下实验室。英国一个深达350米的地下实验室也于2010年4月份启动使用。其目的都在于希望能够成为在世界上最早发现暗物质的国家。

专家表示，粒子物理探求的是物质最深层次的奥秘。就像电被发明时，人们尚无法想象后来的电视、电脑。但无论如何，每一个科学发现都使人们对物质世界的认识更进一步。