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大揭秘!2400 米的地下,有个世界上最深的地下实验室!研究的是…

很多看过电影《变形金刚》的科幻迷们,都会被影片中的超级装备“暗物质引擎”吸引,在影片中,它是人类进行星际穿越的必备武器,暗物质引擎可以源源不断地收集暗物质,为飞船的正常航行提供强大的动力。

影片中的科幻桥段大胆又前卫,在现实中,暗物质是指宇宙中那些既不发射光,也不吸收和反射光的物质。天文学的众多观测数据和结果表明,暗物质广泛分布在宇宙的各个角落,约占整个宇宙物质质量的85%。

眼下,中国科学家也加入到了寻找暗物质这种“宇宙精灵”的队伍中来,找到它,就可以颠覆现在人类对世界、对宇宙的认知。

暗物质究竟是什么?记者探秘世界上最深的地下实验室!

雅砻江,金沙江最大的支流,发源于青海省境内的巴颜喀拉山南麓,自西北向东南逶迤而来,当雅砻江奔流至四川省凉山州境内时,汹涌的雅砻江被巍峨的锦屏山截住了去向,江流被迫转弯,形成了150公里壮美的大河湾。

而央视财经《经济半小时》栏目记者要探访的世界最深的地下实验室,就隐藏在雅砻江边的锦屏山下。

雅砻江

整个实验室最核心的位置位于锦屏地下实验室的最深处,当一米多厚的聚乙烯门缓缓打开后,一个庞大的红色箱体出现在记者的面前,捕捉暗物质的探测器就放置在里面。

清华大学工程物理系博士后 杨丽桃: 我们今天的任务就是把这个屏蔽体打开,把这个探头露出来,做放射源的刻度实验。

中国锦屏地下实验室

按下启动按钮后,箱体徐徐打开,映入眼帘的是一块块金灿灿的、码放整齐的金属砖块。这些金属砖块,最重的有320公斤,最轻的是9公斤,是具备超高纯度的高纯无氧铜,而暗物质探测器就被放置在这些金属砖块的正中央。

清华大学工程物理系博士后 杨丽桃: 这是我们最核心的武器,就是来寻找暗物质真正核心的东西,只有拳头大小,一公斤,就在这个真空腔体里。

高纯无氧铜砖块

暗物质探测器,也被称为探测标靶,清华大学的科研团队在锦屏地下实验室放置的是高纯锗探测器,它用世界上纯度最高的锗晶体材料制造而成,一旦暗物质击中其中的锗原子核,原子核就有可能会获得微小的能量,并被发现。但要让暗物质粒子顺利与探测器相遇,并被识别,却面临着一个巨大的挑战。宇宙中的高能粒子如同倾盆大雨,无时不刻地轰击着地球,要甄别并 发现隐身其中的暗物质粒子,如同在一场人声鼎沸的足球比赛现场听见一根钢针跌落的声音。

暗物质捕捉示意图

不过这些困难可阻挡不了科学家们探求未知世界的步伐,目前在全世界暗物质研究领域,科学家们找到的办法之一,就是把安放暗物质探测器的实验室搬到足够深的地下来进行实验。

中国锦屏地下实验室的岩石覆盖厚度足足有2400米, 相当于4.5个北京最高建筑——“中国尊”的高度,是目前全世界岩石覆盖最厚的地下实验室 ,实验室位于锦屏山深处的一个隧道的中部,这里就像是一个精心布置的陷阱,等待暗物质落入其中并被发现。

世界地下实验室厚度排名

中国锦屏地下实验室目前是全世界探测暗物质条件最好的地下实验室,2008年,当清华大学暗物质探测团队在电视新闻中听说世界上最大埋深的锦屏山隧道贯通,岩石埋深超过 2400 米,整个隧道长度 17.5 公里的时候,就想到如果在隧道中央挖一个实验室的话,那么周边 360 度都超过 2400 米。

雅砻江锦屏水电站

带着这个念头,他们找到了雅砻江水电开发公司,探讨在山体岩石覆盖最厚的隧道中央一侧,开挖建设实验洞室的可能性。双方很快达成了共建协议。2010年中国锦屏地下实验室落成,并正式开始暗物质直接探测研究。依托超级工程的建设,克服了岩爆等重重困难,超级实验室最终得以横空出世。

2400 米岩石下的实验室示意图

十年间,清华大学暗物质探测团队的实验在不断升级,发布的成果在国际同类实验团队中,也越来越有话语权。在你追我赶的国际竞争中,要想从“并跑”实现超越对手之后的“领跑”,就必须拥有更加先进的探测装备和更强的数据分析能力。现在二期实验室正在进行建设,距离一期实验室不到一公里,就在锦屏山隧道的另一处。

揭秘中国锦屏地下实验室二期!暗物质研究如火如荼!

从中国锦屏地下实验室一期出发,驱车在隧道中穿行几分钟,就来到了实验室的二期。这里增加到30万立方米,是一个名副其实的地下宫殿,施工人员正在忙着安装一个直径 16 米的巨大罐体,这个罐体容积是2000立方米,清华大学的团队就是计划在这个巨大罐体中装入液氮,并在罐体中央放入晶体质量更大、性能更优越的探测器阵列,新实验室搭建成功后,捕捉暗物质的能力将会成倍增长。下一步他们将要做百公斤至吨量级的探测器。

实验室二期

与此同时,在清华大学工程物理系的实验室里,岳骞教授和团队成员,正在讨论的是一款用于采集传输观测数据的芯片,它将会被用在地下实验室二期的实验装置中,如何使芯片能够在液氮的低温环境下连续工作,同时最大可能地降低芯片本身对探测器的干扰,是目前岳骞他们亟待破解的难题。他们希望能在2019年年底,正式开始下一阶段的暗物质实验研究。

新型探测技术实验室

为了让二期实验室的排风设备能够早日接通投入使用,锦屏山的建设者们正想方设法在山体中架设通风管道,施工人员们把三根直径80公分的通风管道在山体洞穴中铺设9.2公里完成通风,这样复杂、庞大的通风系统,在国内还是头一次,管道距离实验室二期还有最后的一公里就即将贯通,但这个一公里却恰恰是施工难度最大的。他们也盼望着二期实验室能早日完工,交付给科学家进行最前沿实验。

通风管道

入夜,杨丽桃和团队的小伙伴又投入到了紧张的数据分析之中。远离繁华的都市生活、舍弃高薪工作的诱惑,这样一群年轻人在探寻宇宙奥秘的道路上,正在奋力前行。

半小时观察:

我们的科研人员深入隧道,将自己置身于一场黑暗中,以此来探求宇宙的奥秘。这一行动的终极目的,是为了寻找重新认识宇宙的可能,将人类认知的边界推向更远的方向。在十九大报告中,习近平总书记多次提到建设科技强国,要瞄准世界科技前沿。从中国天眼到中国人造小太阳,再到锦屏山下的世界最深地下实验室,近年来,我国陆续启动了多项重大科技基础设施项目,为大型复杂的科学研究提供了必需的支撑。有了国家在重大科技基础设施的持续投入,有这些科学家们的默默坚守和付出,我们迈向未知世界的步伐才会更稳更快。

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