在2400米地下捕捉到的暗物质,是什么神秘东西(2)

2022-10-26 13:47     新京报

在地下实验室寻找暗物质,或者其他粒子,则是更常见的做法。欧美日本此前已经利用废弃的矿井建设了多个地下实验室。这种方法的关键,是利用厚厚的岩层阻挡来自宇宙空间的高能粒子,提供"纯净"的背景,让暗物质衰变产生的粒子突显出来。

中国锦屏地下实验室二期CDEX合作组实验大厅。图/新华社

令中国暗物质研究赶超国外先进水平

暗物质寻找,目前得到的基本是零结果,是逐渐排除"不存在"的能谱区域。有意思的是,在这个过程中,往往得到许多意想不到的其他成果。

20世纪60年代,美国物理学家利用废弃金矿建设的1600米深的地下实验室,成功探测到了太阳中微子。日本岐阜县神冈町一个深达1000米的废弃砷矿中建造的大型中微子探测器,意外探测到了超新星1987A的中微子,主持两代探测器的小柴昌俊、梶田隆章先后摘得了诺贝尔物理学奖桂冠。

所以,这样的地下实验室,不只是普通意义上的一座实验室,而是集中了多种学科、多种科学目标的大型实验中心。2008年锦屏山隧道全线贯通时,清华大学工程物理系一位老师注意到了这里的岩石覆盖达2400米,这正是科学家梦寐以求的"黑暗环境",可以令中国的暗物质研究赶超国外先进水平。

2010年12月12日,"中国锦屏地下实验室"正式揭牌,清华大学暗物质探测实验组率先入驻,采用半导体材料进行探测;2011年上海交通大学物理系的研究团队也入驻,使用液氙探测器工作。两支团队两种方法独立探测,可以交叉验证,并检验更广的能谱区域。

从地面到达地下实验室,需要在隧道内开车大概20分钟。而仪器在运行稳定状态下并不需要工作人员在地下值守,只需在地面上的办公室监控,实验数据会自动上传。

锦屏地下实验室的建成,帮助中国科学家实现暗物质研究领域从无到有、从跟跑到并跑的跨越,并获得一系列国际一流水平的暗物质研究成果。

比如,去年上海交通大学教授、中国锦屏地下实验室"熊猫"实验发言人刘江来博士在马塞尔·格罗斯曼国际广义相对论大会上,公布了首个暗物质搜寻结果。此次结果基于PandaX-4T试运行95天的数据,用0.63吨·年的曝光量,再次刷新了暗物质性质的边界值。

现在锦屏地下实验室正在扩建的二期工程,将从现有4000立方米扩容到12万立方米。相信会有更多的国际领先的实验成果,不断地从锦屏地下实验室里涌现,正如我们在至暗的夜空,才能看到最辉煌的星空。

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