近年来我国启动培植的国家重大科技根本举动步伐项目,紧张有中国天眼、中国人造小太阳、正负电子对撞机等。
什么是暗物质?
进入17.5公里长的锦屏山隧道,就像进入了一个洞穴迷宫。穿过一个又一个洞穴,在隧道中心,锦屏地下实验室到了。实验室虽然不大,却深埋地下2400米,相称于7个四川电视塔的高度。
这个地下实验室目前紧张开展的是暗物质研究。什么是暗物质?人们对它的认识大多来自科幻作品,电影《变形金刚》中,机器人禁闭用暗物质作为燃料驾驶飞船在宇宙中穿梭。在世界物理学领域,暗物质一贯是个谜,由于抓取难度大,听说每年3000万次抓取事宜,和暗物质有关的不到1次,到目前为止,天下上也没有人真正捕捉到它。
暗物质在宇宙中无处不在,只不过看不到。我们能看到的普通物质在全体宇宙中只占不到5%。剩下95%的都看不到,科学家们称为暗物质和暗能量。这里所说的“看不见”,不单说用我们的肉眼看不见,而是不论探测什么波段的电磁波,比如无线电、红外线、紫外线、X射线等,都看不到它。
人类关于暗物质的研究可以追溯到80多年前,那时的天文学家意识到,星系中恒星的运动速率实在是太快了,如果不是由于什么神秘的力量捉住了它,它们很有可能飞出去。然而到目前为止,仍旧没有任何人知道这股神秘的力量是什么。国际的研究从未停滞,但是目前成果很小。
怎么探求暗物质?
创造并研究暗物质,可能引发物理学的革命。目前,暗物质探测方法大体分为“上天”“入地”和“人造暗物质”三种。
锦屏地下实验室探测暗物质的方法属于“入地”。锦屏地下实验室隐蔽在3000米高的山体下,巨大的岩层成为宇宙线的天然樊篱,宇宙线通量为地面宇宙线通量水平的亿分之一,可以屏蔽大量的宇宙线粒子。
由于暗物质的声音实在太小,探测难度极大。这就彷佛在人声鼎沸的运动场里面看比赛,还要听清一根几毫米细的针掉落的声音。因此要想探测它,须要把周围的滋扰物质去掉。这些滋扰物质包括宇宙线粒子、中子、伽马射线等。
进入锦屏地下实验室,穿过几道铝合金门之后,一个神秘的空间展现面前。清华大学工程物理系研究员岳骞先容,为了去掉滋扰物质,这个神秘空间设置了重重防护盔甲。第一层是天然岩石樊篱;第二层是50厘米厚的混凝土;第三层是1米厚的聚乙烯,用于屏蔽中子;第四层为20厘米厚的铅屋子,用于屏蔽伽马射线;第五层20厘米厚的含硼聚乙烯,用于接管热中子;第六层为10厘米厚的铜屋子,用于屏蔽外部铅和含硼聚乙烯的伽马射线。
在重重保护的最里面,放置的便是暗物质探测器。“暗物质探测器的事情事理大略来说便是‘守株待兔’。”实验室研究职员景明坤说,探测器可以记录下所有与它产生碰撞的旗子暗记,如果有与普通物质不同的旗子暗记,那么就有可能是暗物质。“我们正在等待一次可以载入史册的碰撞。”
升级之后有何变革?
2010年,锦屏地下实验室投入利用,两个中国科学家牵头的实验组进驻,分别是清华大学主导的CDEX实验、上海交通大学牵头组织的PandaX实验。经由这些年的研究,取得了一系列研究成果,在较短的韶光内使我国暗物质直接探测实验从无到有,研究水平达到国际前辈,由“跟跑”变成“并跑”。
2014年,中国锦屏地下实验室启动二期扩建工程,地下可用实验空间由之前的4000立方米增加到30万立方米。今日正式启动国家重大科技根本举动步伐项目培植,意味着从校企互助转变为国家平台,将为我国粒子物理和核物理领域的重大根本前沿物理问题研究供应平台支撑。
以清华大学来说,目前放置的暗物质探测器为10公斤量级的高纯锗阵列,二期投运之后,将采取1吨量级的高纯锗阵列,是目前的1000倍。“这将极大加速创造暗物质的韶光,缩小创造暗物质的范围。”实验室研究职员说。
不只是实验室面积的扩大,还将实现研究范围的提升。二期项目将供应一个近零宇宙线本底的地下辐射计量平台,为我国培植完善的辐射计量基准供应履行条件,推动海洋科学、材料科学、环境科学、生物学等交叉领域的研究,为这些学科领域供应一个国际一流的交叉创新平台。
锦屏地下实验室项目干系卖力人表示,项目培植完成后将具备国际领先的深地物理实验综合条件,有望成为天下深地物理实验的中央,推动我国开展国际级大科学互助,吸引国内外顶尖学者前往开展前沿物理实验,为取得重大物理打破供应根本举动步伐保障。
【锦屏地下实验室韶光线】
2009年5月,清华大学与雅砻江流域水电开拓有限公司签订计策互助协议,启动锦屏地下实验室培植。
2010年12月,锦屏地下实验室正式投入利用,标志着我国首个、天下最深的极深地下实验室正式建成。
2014年8月,清华大学与雅砻江流域水电开拓有限公司签订协议,决定共同培植锦屏地下实验室(二期)项目。
2014年11月,锦屏地下实验室(二期)项目正式开工。
2017年12月,锦屏地下实验室(二期)项目完成地下岩土工程。
2018年12月,国家发展改革委正式批复国家重大科技根本举动步伐“极深地下极低辐射本底前沿物理实验举动步伐”可行性研究报告。
2019年7月,锦屏地下实验室启动国家重大科技根本举动步伐培植。