錦屏山——深達2400米的神秘實驗室

2020-08-10 午馬看世界

錦屏山位於雅礱江之南，海拔4200米，雅礱江奔流至此改道，形成了長達150千米的U型大河灣。在這裡中國建造了第一個極深地下實驗室，垂直深度達2400米。

這個2012年建成，深達2400米的神秘實驗室，實際上是在研究一種，構成黑洞的物質名為暗物質。



物質實際應該稱之為隱形物質，沒有任何一種電磁手段能夠觀察到它。暗物質佔據了宇宙物質和能量總量的四分之一。

我們唯一知道它可能存在的證據就是星系邊緣的自轉速度比牛頓引力預測的要快，使其不會因為強大的離心力而撕扯出去。

暗物質之所以可怕、神秘，是因為組成暗物質的基本粒子很神秘。



眾所周知，宇宙中組成物質的基本粒子無非是分子、原子、質子、中子等等，但是天文學家通過觀測卻得出了一個驚人的結論，組成暗物質的基本粒子不可能是人類目前已知的任何粒子。

這也就意味著宇宙的85%物質的組成粒子對於人類來說都是未知的，而組成暗物質的粒子將會已經形成的物理標準模型構成嚴重的挑戰。

科學家們迄今不知道暗物質究竟是什麼成分，為了直接探測到暗物質，科學家設計了巧妙的實驗，讓原子核與暗物質發生碰撞，通過探測碰撞產生的信號，來研究暗物質。



但在地面上，不僅有無處不在的宇宙射線，還有生活中產生的各種輻射，這些都嚴重幹擾了暗物質的探測，使得碰撞產生的信號很難有效地被鑑別。

而處於極低輻射環境的極深地下實驗室能最大程度地屏蔽宇宙射線等的影響，讓探測器探測到有效的信號，是開展暗物質探測的理想研究場所。

地下實驗室能夠有效地屏蔽宇宙射線，其奧秘就在於它所處的巖石層。



錦屏地下實驗室所處巖石層的天然放射性非常低，一些主要巖石放射性低於地表正常環境的1/100。而且實驗室垂直巖石覆蓋厚度達2400米，能夠屏蔽絕大多數的宇宙射線。

所以，該實驗室的宇宙射線通量， 遠遠少於加拿大巖石覆蓋厚度2000米的斯諾實驗室，大約相當於地面水平的1/100000000.可以說這裡是世界上最「乾淨」的地下實驗室。

所謂最「乾淨"是指錦屏地下實驗室輻射最少、雜質最少。為了這個地下實驗室更「乾淨」，實驗室外層還增加了特殊的防護:



1米厚的聚乙烯材料(阻攔和吸引中子)、20釐米厚的鉛層( 屏蔽外部的伽馬射線)、20釐米厚的含硼聚乙烯(進一 步吸收剩餘中子) 和10釐米厚的高純無氧銅(阻擋鉛材料本身及外部其他材料中的伽馬射線)。

經過這些防護後，可以說.錦屏地下實驗室已經屏蔽掉了目前已知的一切輻射源。



目前，中國錦屏地下實驗室有兩個暗物質實驗項目組，一個是清華大學領導的CDEX(中國暗物質實驗)高純鍺暗物質實驗，-個是上海交通大學領導的PandaX (熊貓計劃)液氙暗物質實驗項目。

這兩個項目組採用的都是直接探測的方法，就是測量暗物質粒子直接碰撞普通物質引起的反衝核的數量和能量。



在過去的20年裡，像暗物質這類前沿的基礎科學問題，主角還只是歐美的科學家，中國科學家想要從事相關研究，只能是到外國去，參與國外的科研項目。

而現在，中國已不甘於在這類研究中充當西方研究機構的配角，正準備以大膽的步伐顛覆粒子物理研究領域的格局。

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