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深入地下2400米!同为实验室,它为什么这么优秀?

发布时间:2019-07-25

导 读

四川锦屏山隧道,地下2400米深处,日前迎来了新的“客人”。

中国锦屏地下实验室。

垂直最深2400米是什么样子?深埋地下,实验室几乎没有宇宙射线干扰。在这里建一个实验室,你能想到的是做什么研究呢?


实验室无处不在,但那更多是在地面上,建在地下的实验室也有,但离地2400米深处建一个实验室,难以想象。

地下是什么样子?名声传遍海内外的锦屏地下实验室,到底牛在哪里?


世界最深地下实验室


中国锦屏地下实验室位于四川省雅砻江锦屏山隧道中间位置。7月20日,中国锦屏地下实验室正式启动新阶段建设,“极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施”项目正式进驻地底,开始安装实验设备。


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在此之前,实验室已经经历了这些建设周期——


世界最深地下实验室建设历程


2009年,清华大学与雅砻江流域水电开发有限公司合作,在锦屏山隧道中间位置的地下2400米处修建极深地下实验室,2010年底建成投入使用;


2014年,清华大学与雅砻江流域水电开发有限公司共建“中国锦屏地下实验室”二期工程,地下可用实验空间由原来的4000立方米增加到30万立方米;


2016年,该项目进入了国家重大科技基础设施“十三五”规划;


2018年底,国家发展改革委正式批复项目可研报告;


2019年7月20日,该项目正式启动。


“1:100000000” 

厚岩石“过滤”宇宙射线粒子


为何实验室要位于地下2400米?


实验室主要研究的是物理学中神秘的暗物质,而现代物理学的重大突破需要极端实验条件。这个实验室的优势便是可以尽可能地减少宇宙射线的干扰,厚厚的岩石能把大部分宇宙射线都屏蔽掉,为探索宇宙中神秘的“暗物质”提供了较为“干净”的实验环境。这大概意味着,如果山顶有1亿个宇宙射线粒子射向这个实验室的话,最后大概只有1个能够进入这里。


https://store.casic-t.com/image/casic_t/1564041293450.jpg


几乎没有宇宙射线干扰,使得该项目能够面向未来新粒子探测和新物理研究,为开展粒子物理与核物理、天体物理学及宇宙学等领域的重大基础前沿实验研究提供平台支撑。


与目前国际上其他的地下实验室相比,中国锦屏地下实验室岩石覆盖最深、宇宙线通量最小、可用空间最大,并且具备交通便捷、基础设施完备、电力及水源充足等优势。

关于实验室研究的神秘暗物质


什么是暗物质?


暗物质,就是一种“看不见”的物质。这里所说的“看不见”,不单单是说用我们的肉眼在可见光波段看不见,而是说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。也就是说,暗物质几乎不发出任何波段的电磁辐射。

我们所熟知的普通物质仅占宇宙总质量的约4.9%!这些普通物质构成了恒星、星系等可见宇宙。而宇宙中不可见的暗物质约占26.8%,其余68.3%则为暗能量。


为什么要研究暗物质?


暗物质理论和实验研究工作将极大扩展人类对于除普通物质之外的宇宙世界的认识,也为人类了解占宇宙更大质量份额的暗能量问题提供研究基础,因而成为当前粒子物理学、宇宙学、天体物理学等学科前沿的研究课题。它将是人类认识宇宙的一次重大飞跃,可能导致一场新的物理学革命,而人类社会,总是在科技发展中进步的。


如何才能找到暗物质?


目前普遍认为有三种方法:第一种是利用加速器碰撞,看能否在实验中产生暗物质;第二种是在太空进行间接探测;第三种就是测量暗物质粒子与探测器靶核碰撞之后产生的信号,一般在地下实验室进行。


中国锦屏地下实验室正是采取第三种方法来探测暗物质。所以,地下2400米是绝佳的实验环境。在探测过程中,暗物质可能会受到宇宙射线的影响,而在地表深处,宇宙射线量仅为表面的约亿分之一。在这个相对“干净”的地方进行实验,可以避免很多干扰因素来“打扰”实验进行。

可同时容纳

多个大型深地实验项目


目前,中国锦屏地下实验室二期正在建设中,未来将建成8个实验大厅,地下可用实验空间由原来的4000立方米增加到30万立方米,可以同时容纳多个大型深地科学实验项目。国际科学界对此高度关注,现已有多个国内外科研团队申请使用。


中国锦屏地下实验室不光是为中国科学家服务,也对全世界的科学家和实验室开放推动我国开展国际级大科学合作。

此外研究范围也会扩大,不仅是暗物质,未来还将研究太阳中微子的活动,同时项目将建设一个近零宇宙线本底的地下辐射计量平台,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,为这些学科领域提供国际一流的交叉创新平台。

目前,有农业方面的专家希望能在地下实验室开展种植,研究与地面种植的不同;四川大学华西医院也有意在地下实验室开展深地医学相关研究。这个优秀的实验室,也许就在不久的将来,会带着新发现引发一场科学界革命。



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