探访世界最深地下实验室在地底2400米倾听宇宙幽灵的声音

　　海报新闻记者 邓波 四川凉山报道
　　宇宙是永恒的吗？它从哪里来，又会到哪里去？对于人类，宇宙永恒存在，但笼罩着神秘的色彩。从古至今，科学家们孜孜不倦地探索星辰大海。据科学家们研究，宇宙本身有95%的存在看不见摸不着，这些未知的存在被叫做暗物质，也被称作＂宇宙幽灵＂。
　　因此，探测暗物质对揭开宇宙奥秘至关重要。在位于四川省凉山彝族自治州的锦屏山地下2400米处，这里坐落着全世界最深最＂干净＂的地下实验室——中国锦屏地下实验室，我国的顶尖科学家们在这里研究暗物质、中微粒子以及恒星演化的奥秘，试图揭开宇宙最深处的神秘。
　　地下2400米的科学实验室
　　宇宙演化神秘奥妙，大自然造化鬼斧神工。发源于青海省玉树州巴彦喀拉山南麓的雅砻江，向东南流向四川西北部。从河源至河口，雅砻江天然落差3000多米，蕴含着丰富的水能资源，由国投集团雅砻江流域水电开发有限公司负责开发。
　　作为金沙江的最大一条支流，雅砻江从青藏高原一路奔流，在四川省凉山境内被海拔3000多米的锦屏山截住了去路，被迫转弯改道，在这里形成了150公里的U形大河湾，其天然落差高达310米，是水能资源开发的绝佳之地。
　　为了进一步提高水能利用率，国投集团雅砻江流域水电开发有限公司决定截弯取直，直接打穿锦屏山，修建7条隧道，其中4条隧道引水发电，2条隧道用作交通，一条隧道用作排水。
　　2008年8月8日，北京奥运会开幕当天，连接锦屏一、二级两个水电站的锦屏山交通隧道贯通。隧道的贯通也给暗物质研究带来了意外的收获。
　　由于锦屏山山体主体为大理石岩层，放射性极小，而隧道又在岩石下方2400米处，使得隧道中部的宇宙线通量仅为地面的一亿分之一。此时正在苦苦寻觅暗物质研究场地的清华大学意识到这里是探索研究暗物质的绝佳之地，迅速与雅砻江水电开发公司取得了联系。
　　双方一拍即合，决定共建锦屏实验室。2010年12月，仅用时一年半，中国锦屏地下实验室就建成投运，成为我国首个、也是世界最深的地下实验室，填补了我国深地实验室的空白，在这里开展的科学研究也填补了我国暗物质研究领域的空白。
　　从＂跟跑＂实现＂领跑＂
　　究竟什么是暗物质？清华大学工程物理系博士生张震宇介绍，自开展天文物理学观察以来，科学家们发现所观测到的星系团的质量分布和旋转模式不能对应，于是提出一个新的理论模型，在星系中存在一些人类看不见摸不着的物质，但他们也提供质量和引力，这就是所谓的暗物质。后来科学家们通过各种各样宇宙学方面的研究，提出暗物质占宇宙总质量的95%以上，因此研究暗物质对揭开宇宙奥秘至关重要。
　　从锦屏山隧道口一路进发，将近20分钟的车程就到达了位于锦屏山地下2400米的中国锦屏地下实验室。张震宇在这里已经从事了将近两年的暗物质研究工作，而在中国锦屏地下实验室成立之初，清华大学CDEX实验团队和上海交通大学PandaX实验团队就入驻锦屏地下实验室。
　　中国锦屏地下实验室示意图。
　　为什么要在地下2400米进行暗物质研究？张震宇告诉海报新闻记者，其实寻找暗物质有多种方法。比如在2015年底发射了＂悟空号＂暗物质探测卫星，希望通过太空宇宙线来自天体的高能粒子的成分，寻找因为暗物质衰变之后的痕迹，而在地下实验室寻找暗物质的关键，是利用厚厚的岩层阻挡来自宇宙空间的宇宙射线，提供＂纯净＂的背景，让暗物质衰变产生的粒子突显出来，＂地面直接观测暗物质，会受到宇宙射线噪声的干扰，深入地下，就提供了一个足够干净且安静的环境＂。
　　在地下实验室二期项目工地，这里还在马不停蹄的建设中，脚手架已经搭建完毕，隧道内墙还在等待装修，但上海交通大学PandaX实验团队就早已入驻，并开展了试验。PandaX实验合作组博士后李涛告诉海报新闻记者，暗物质研究争分夺秒，在国际上也有团队在做暗物质方向的研究，＂我们必须要赶在他们之前给到国际领先的结果。＂
　　海报新闻记者了解到，锦屏地下实验室自建成以后，科学家们在这里取得了一系列喜人的成果，我国的暗物质研究也实现了从＂跟跑＂＂并跑＂到＂领跑＂的跨越式发展。2022年11月21日，清华大学工程物理系牵头的中国暗物质实验合作组在国际物理学顶级期刊《物理评论快报》上在线发表题为《基于CDEX-10实验的对sub-GeV质量的暗物质与电子相互作用的限制》的研究论文。
　　张震宇是这篇论文的第一作者。据他介绍，该篇论文是CDEX合作组基于CDEX-10的205.4公斤天的数据，建立了基于高纯锗探测器的暗物质-电子相互作用的分析方法，首次给出了基于高纯锗探测器的暗物质-电子相互作用直接探测结果。在世界主流的基于固体探测器的暗物质-电子相互作用直接探测实验中，本工作给出了在##_FORMAT_GT_##100 MeV的质量范围内国际领先的限制结果。这一研究成果目前处于国际领先地位。
　　在暗物质研究如火如荼的同时，目前已有越来越多的顶尖科研团队相继入驻锦屏地下实验室。据了解，中国锦屏地下实验室二期工程预计在2024年建成投入运行，届时地下可用实验空间将由之前的4000立方米增加到30万立方米，锦屏地下实验室还将建设世界最大的暗物质探测器，并开展多种学科的深地实验。
　　雅砻江公司锦屏地下实验室管理局常务副局长李名川告诉海报新闻记者，未来，中国锦屏地下实验室将成为具备极低氡气浓度、极低环境辐射、超低宇宙线通量、超洁净空间等优势的国际一流深地实验室，形成粒子物理、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开放共享实验平台。