全球最深地下实验室扩容

层层防护的物质探测器,就藏身在这两扇门后。(李欣忆摄)

正在建设中的中国锦屏地下实验室二期。

7月20日,大陆重大科技基础设施建设专案──「极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施」建设启动仪式四川凉山举行。

项目建成后将成为大陆重要的创新平台,为建设国际领先水准的极深地下研究中心、科学考察和科普教育基地奠定坚实基础。

实验空间增至30万立方米

2009年,北京清华大学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埋深2400米处修建极深地下实验室。2010年底,「中国锦屏地下实验室」建成投用,成为大陆首个极深地下实验室,也是全球最深地下实验室。

2014年,北京清华大学与雅砻江流域水电开发有限公司签署协议,共同建设「中国锦屏地下实验室」二期工程,将地下可用实验空间由4000立方米增至30万立方米。2016年,该项目进入大陆重大科技基础设施「十三五」规画。2018年底,此次专案建设的可研报告获得批复。此次专案是在二期建设中进行的物理实验设施建设,标志着「中国锦屏地下实验室」进入加快建设新阶段

未来推动海洋科学等研究

与国际其他地下实验室相比,「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,并具备交通便捷、电力水源充足、基础设施完备等优势。自一期建成投用以来,已开展清华大学、上海交通大学各自主导的暗物质直接探测实验,取得一系列研究成果,在较短时间内使大陆暗物质直接探测实验从无到有,研究水准达到国际先进。

随着新阶段建设正式启动,这个藏身于锦屏山腹部的隧道中部,垂直岩石覆盖达2400米的实验室将实现诸多提升,未来不仅是寻找暗物质,还将研究太阳中微子的活动,并推动海洋科学、材料科学环境科学、生物学交叉领域的研究。

暗物质探测器有六层防护

发现并研究暗物质,可能引发物理学革命。但由于暗物质的声音实在太小,探测难度极大。有专家打比方,就好像在人声鼎沸的体育场比赛,还要听清一根针掉落的声音。因此要想探测它,需要把周围干扰物质去掉,包括宇宙线粒子中子伽马射线等。

进入锦屏地下实验室,穿过几道铝合金门后,一个神秘空间展现眼前。据介绍,锦屏地下实验室隐藏在山体下,巨大的岩层成为宇宙线的天然屏障,宇宙线通量为地面宇宙线通量水准的亿分之一,可遮罩大量的宇宙线粒子。

为了进一步去掉干扰物质,这个神秘空间设置了重重的防护「盔甲」。除第一层天然岩石屏障外,第二层浇筑了50厘米厚的混凝土;第三层放置了1米厚的聚乙烯,用于遮罩中子;第四层为20厘米厚的铅房子,用于遮罩伽马射线;第五层为20厘米厚的含硼聚乙烯,用于吸收热中子;第六层为10厘米厚的铜房子,用于遮罩外部铅和含硼聚乙烯的伽马射线。

重重「盔甲」保护之下,最里面的就是暗物质探测器了。暗物质探测器需要零下196摄氏度的工作环境,因此空间内将不断注入液氮

暗物质探测器所探测到的信号全部记录下来后,清华大学在北京后方的暗物质实验室将同步分析资料,开展相关研究。