中国首个极深地下实验室投用 主要研究暗物质


中国首个极深地下实验室投用 主要研究暗物质

清华大学的专家在锦屏地下实验室开展暗物质探测的数据采集工作。


07年,中国影星刘烨曾出演美国影片《暗物质》,许多科学“粉丝”对宇宙中神秘的暗物质开始着迷。“看不见摸不着”的暗物质究竟是什么,成为21世纪最大的科学谜团。为了揭开暗物质神秘的面纱,全世界的科学家各显神通致力于“捕捉”暗物质,想将它“看”个明白……


此为世界最深,科学家将守在里面“捉拿”暗物质


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。人们目前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:我们目前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。


昨日,我国首个极深地下实验室“中国锦屏地下实验室”在四川雅砻江锦屏水电站正式投入使用,这个世界岩石覆盖最深的实验室的启用,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,而明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。


地下实验室在隧道里


清华大学副校长、中国锦屏地下实验室主任程建平说,实验室是清华大学和二滩水电开发有限责任公司合作建成的。


在建设二滩水电站的过程中,四川锦屏山底曾修建了18公里可以通行汽车的隧道,上面是2400多米厚的山体岩石。现在的地下实验室,就是利用这条隧道,在其侧面挖出的一个长40米,宽、高各为6米的空间。目前,它是世界上岩石覆盖最深的地下实验室,也是世界上最优越的探测暗物质的环境。


之所以称之为最优,是因为它与国外一些“脱胎”于矿井的地下实验室相比,使用更为便利,不必坐着电梯上上下下,乘坐汽车就能“入地”。而埋深2400米的隧道,更是难得,因为埋得越深,宇宙射线的干扰就越少。


主要探测研究暗物质


据介绍,地下实验室尤其是极深地下实验室,是开展粒子物理与核物理学、天体物理学及宇宙学等领域的暗物质探测研究、中微子物理实验研究等一些重大基础性前沿课题的重要研究场所,是岩体力学、地球结构演化、生态学等学科开展相关实验研究的重要环境,也是低放射性材料、环境核辐射污染检测的良好环境。地下实验室为国家提供综合性的重大基础科学和应用科学研究平台,是一个国家关键性的重大基础科学研究设施,建设和发展极深地下实验室具有重要科学意义和应用价值。


目前,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。中国此前一直没有很好的地下实验室,特别是极深地下实验室,许多相关领域的研究工作无法开展或只能与国外有条件的实验室联合开展。综合新华社等


为何选址锦屏山隧道


地下实验室主要是用来屏蔽高能宇宙线对于暗物质的本底影响。锦屏山隧道垂直岩石覆盖厚度大,围岩放射性含量极低,能为相关实验提供“干净”的环境。测量显示,锦屏地下实验室能够将宇宙线通量降到地面水平的约亿分之一。


暗物质随时在穿透你身体


暗物质在宇宙中,科学家为啥要“钻”到地下去探测呢?这是因为暗物质是种颇有“个性”的粒子,它质量很大,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。”专家说。


怎样“捉拿”暗物质


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,地下实验室可以帮助探测器“挡”去干扰,让其“静心”工作。


“抓”住暗物质后能干什么


目前,清华大学实验组已进驻地下实验室,上海交大的实验组明年也将入驻。据了解,两个实验组的探测方式并不相同。清华采用低温半导体开展探测,而上海交大将使用液氙探测器直接探测。


至于探测到暗物质之后能派上什么用场,这对科研人员来说仍是未知数。“粒子物理探求的是物质最深层次的奥秘,对未来的生活会发生怎样的影响,我们现在还不得而知。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,这是最了不起的事。”专家介绍说。

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