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捕捉最“弱”的光

發(fā)布時間:2022-04-12 10:21:00來源: 光明日報

  捕捉最“弱”的光

  這里是垂直巖石覆蓋厚度達2400米的“極深地下”!

  這里是世界上最“黑”的房子!

  在這個深藏于四川涼山彝族自治州,錦屏山交通隧道中部地下的“黑”房子里,伴隨著原子核信號放大后的微微閃光,科研人員在不間斷運行的儀器旁凝神尋找、捕捉。

  這里,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”。他們在找什么?

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

  如果把宇宙全貌比作一片海洋,到目前為止,人類礙于有限的理解和觀察手段,還只是在探索這片“海洋”的一小部分。天文學的眾多觀測數(shù)據(jù)表明,暗物質(zhì)約占整個宇宙物質(zhì)質(zhì)量的85%。但,它看不見、摸不著,幾乎不和任何物體發(fā)生作用。

  為了捕捉到這神秘又“靦腆”的暗物質(zhì),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,誰就將促成人類對物質(zhì)世界和宇宙認識的又一次重大飛躍。

  當前,暗物質(zhì)探測方法大體分為“上天”“入地”和“人造暗物質(zhì)”三類:“上天”指間接探測實驗,為減少地球大氣層的干擾,通常在太空進行;“入地”指直接探測實驗,為減少宇宙線的干擾,通常在地下實驗室進行;“人造暗物質(zhì)”指加速器實驗,即通過普通粒子的對撞來產(chǎn)生暗物質(zhì)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”。

  在這里,2400米的巖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,這里巖石覆蓋最深,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(yōu)勢。

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

  “類似于‘等暗物質(zhì)自投羅網(wǎng)’?!鼻迦A大學工程物理系教授、CDEX暗物質(zhì)實驗負責人岳騫介紹,在這個極度安靜的實驗室里,兩支團隊所放置的探測器中的靶粒子會和暗物質(zhì)“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號也可以變成熱振動信號,或是閃爍光信號。科學家們可以把暗物質(zhì)粒子和普通物質(zhì)相互作用后的各種參數(shù)都記錄下來,從中統(tǒng)計規(guī)律,再利用這些蛛絲馬跡一點點拼湊出暗物質(zhì)的信息。

  事實上,暗物質(zhì)和普通物質(zhì)相撞的概率極低??茖W家們可不是守株待兔。

  4000立方米的實驗室一期里,每一個實驗環(huán)節(jié)的精心設計,每一位科研人員的分秒必爭,都向著兩個目標奔赴——增效,千方百計提升暗物質(zhì)的碰撞信號;降本,絞盡腦汁屏蔽背景的干擾信號。

  成果接二連三。2013年,CDEX合作組發(fā)表了我國首個暗物質(zhì)直接探測實驗結(jié)果。2014年,給出點電極高純鍺暗物質(zhì)探測方面國際最靈敏實驗結(jié)果,這一結(jié)果利用相同探測技術,確定性地排除了美國CoGeNT實驗組給出的暗物質(zhì)存在區(qū)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物理實驗設施”還在緊鑼密鼓的建設過程中,但兩個實驗組持續(xù)取得新突破,在暗物質(zhì)年度調(diào)制、暗光子、軸子等不同暗物質(zhì)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將增加到30萬立方米。更多科研團隊正摩拳擦掌,等待進入擴建后的這個極深地下實驗空間。

  暗黑世界,只為那一眼“看見”!在這條路上,每一點執(zhí)著堅持后的發(fā)現(xiàn)都將使人類對物質(zhì)世界的認識更進一步,也必將在科學史上鐫刻下屬于中國科學家的一筆。

  (本報記者 鄧暉)

(責編: 陳濛濛)

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