近日,世界最深最大的中国锦屏地下实验室二期正式投入科学运行。这个位于地下2400米、总容积达33万立方米的极深地下实验室,宇宙线通量仅为地表的一亿分之一。
来自清华大学、上海交通大学等机构的10个实验项目组首批进驻,开启了一系列前沿物理实验。
为什么要将实验室建在如此深的地下?答案藏在宇宙的秘密中。天文观测显示,人类已发现的物质仅占宇宙总质能的5%左右。
剩下95%是未被发现的暗物质和暗能量,而暗物质探测需要极度安静的环境。
地表充斥着各种宇宙射线,这些高能粒子就像持续不断的噪音,会干扰对暗物质信号的探测。厚实的岩层是天然的辐射屏蔽体,随着深度增加,宇宙射线急剧衰减。
锦屏地下实验室位于四川省凉山彝族自治州锦屏山地下2400米深处。这一深度相当于1000层楼的高度,提供了世界一流的低辐射环境。
这里的大理岩层不仅有效屏蔽宇宙射线,自身放射性也极低。
实验室容积从一期的4000立方米扩大到33万立方米,成为世界最大的极深地下实验空间。足够大的空间意味着可以安装更大型的科学设备,缩短科学发现周期。
锦屏大设施被誉为“超洁净空间”,具备多项极端条件优势。它拥有“极低环境氡析出”“极低环境辐射”“超低宇宙线通量”和“超洁净空间”等特性。
这些条件使实验室成为开展暗物质研究的绝佳场所。
建设这样的实验室面临巨大挑战。施工团队创新使用10层材料,在10万平方米洞室表面形成屏蔽层,使氡气抑制率达到99%。
他们还定制了低辐射水泥、金刚砂等特殊材料,最大限度控制辐射本底。
在锦屏实验室,科学家们正在进行的远不止暗物质探测。深圳大学谢和平院士团队领衔的“深地科学与地质时变原位探测实验”已正式入驻。
这个项目将“倾听”来自地球内部的“声音”,研究地质环境的演变过程。
实验室将发展成涵盖粒子物理、核天体物理、宇宙学、生命科学、岩石力学等多学科交叉的世界级深地科学研究中心。它还为深地医学等研究提供了绝佳平台。
作为国内首个极深地下实验室基础设施,锦屏大设施开创了多个第一。它是国际上首次大规模建设具有极低辐射本底极端条件的综合实验设施。
这个实验室的投运标志着我国在深地科学领域迈出重要一步。
实验室采用校企共建模式,由雅砻江公司和清华大学合作建设,开创了国有企业支持国家基础科学研究的先河。未来,这里将形成多学科交叉的开放共享实验平台。
当科学家们在锦屏山下2400米的寂静中调试设备时,全球其他极深地下实验室也在进行着类似的探索。美国、加拿大、日本和俄罗斯都在建设自己的深地实验室。
这些散布在世界各地的地下前哨,如同人类伸向宇宙深处的寂静耳朵。或许不久后,宇宙最古老秘密的一角将在此被轻轻掀起。

