焦點訪談:大山裏的地下實驗室
央視網消息(焦點訪談):說到大涼山,大家很難把它和科技前沿掛上鉤。但是在四川涼山州雅礱江畔的崇山峻嶺之間,卻有著一個(ge) 目前世界上最深的地下實驗室。這個(ge) 實驗室藏在2400米的山體(ti) 深處,不僅(jin) 有著技術先進的設備,還有一群來自清華大學和上海交通大學的科研工作者。他們(men) 在大涼山的肚子裏,做著一項很神秘而且處在最前沿的科研工作——尋找宇宙的“幽靈”。
總台記者趙雄:“我現在是在四川涼山州錦屏山隧道洞口,全世界最深的地下實驗室就在我身後的隧道裏。接下來,我們(men) 將深入到這個(ge) 隧道最核心的位置,去看看這個(ge) 實驗室。”
通往這個(ge) 地下實驗室的錦屏山隧道全長有17.5公裏,和我們(men) 通常理解的“地下”的概念不同,這個(ge) 實驗室並不是位於(yu) 地底深處,而處於(yu) 一座山體(ti) 中間的隧道中部,實驗室上方垂直岩石覆蓋達2400米,所以被稱之為(wei) 地下實驗室。進入隧道,我們(men) 可以清晰地看到大山內(nei) 部岩體(ti) 。沿著隧道一路往裏行駛大約9公裏,耗時10多分鍾,就來到了中國錦屏地下實驗室,這裏匯聚了來自清華大學和上海交通大學一共20多名頂尖研究專(zhuan) 家。
這個(ge) 實驗室是從(cong) 隧道的側(ce) 麵開挖出來的,包括地下實驗室入口隧道、連接隧道和主實驗廳三部分,空間容積約為(wei) 4000m3,其中主實驗廳並不大,長40m,寬6.5m,高7.5m。在實驗室裏,可以看到各種神秘的科研設備,用來探測宇宙中可能存在卻又不可見的東(dong) 西——暗物質。
物理學家分析,在宇宙中,我們(men) 所了解的物質和能量可能隻占到已知宇宙的5%,更多的或許是那些看不見摸不著的暗物質、暗能量。針對暗物質的研究,對於(yu) 前沿科學研究意義(yi) 重大,如果能探測到暗物質,將為(wei) 人類認識宇宙帶來革命性的突破。
上海交通大學教授、暗物質探測專(zhuan) 家韓柯:“18世紀沒有電的時候,當時的人們(men) 完全無法想象今天電在我們(men) 生活中無處不在。我們(men) 今天研究暗物質,搞清楚暗物質的本源,期望未來暗物質會(hui) 影響我們(men) 生活的方方麵麵,帶給我們(men) 像電一樣,甚至比電更加深刻的變化。
由於(yu) 暗物質很難探測到,需要排除宇宙中各種射線的幹擾,隻有在極深的地下才有可能直接探測到,因此世界各國科研人員多年來一直在尋找具備深地條件的地下實驗室。
國投雅礱江水電錦屏地下實驗室管理局常務副局長李名川:“因為(wei) 地麵充斥著大量的宇宙射線,如果在地麵開展暗物質實驗,暗物質的信號就會(hui) 被宇宙射線的信號完全淹沒掉,無法分辨到底是暗物質還是宇宙射線的信號。就像在一個(ge) 非常嘈雜的足球場,要找一根針掉到地下的聲音。”
要想找到這樣的實驗室並不容易,目前美國和歐洲等多國都在努力尋找和建設符合條件的實驗室。2008年8月8日,位於(yu) 四川省涼山州的錦屏山交通隧道正式貫通,這條位於(yu) 地下2400米的隧道是連接錦屏一級、二級水電站的專(zhuan) 用通道。這則消息在當天播出後,清華大學暗物質探測團隊很快就發現,這裏就是他們(men) 一直以來夢寐以求的實驗室地點。
很快,清華大學的科研人員聯係上了隧道的建設方國投集團雅礱江流域水電開發有限公司,希望和他們(men) 一起在隧道正中間,利用錦屏山隧道特殊的地理條件,降低宇宙射線通量,聯合建設中國錦屏地下實驗室。然而,在有著2400米岩石埋深的隧道中建設地下實驗室,遠比想象的要困難得多。
李名川:“我們(men) 是在大山深處挖出來的隧道和實驗空間,岩體(ti) 就是大山最原始的岩體(ti) ,凹凸不平,這證明當時施工特別不容易,因為(wei) 這些都是岩爆導致的。”
所謂“岩爆”,是指岩石在高壓下像爆炸一樣斷裂、彈射,猛烈爆發的能量會(hui) 對隧道造成破壞,是隧道施工的主要安全隱患之一。
李名川:“在大山深處岩爆特別厲害,我們(men) 遭遇了1200多次較大規模的岩爆,同時也碰到了高壓大流量突湧水。當時水從(cong) 岩體(ti) 裏噴湧而出,在壓力作用下都已經霧化了,所以這條隧道建設特別不容易。”
經過一年多的建設,中國錦屏地下實驗室一期於(yu) 2010年底完工並正式投入使用。在這個(ge) 實驗室裏,絕大部分宇宙射線都會(hui) 被2400米厚的岩體(ti) 屏蔽掉,實驗室裏宇宙射線通量是地表的一億(yi) 分之一,為(wei) 科研人員開展暗物質探測提供了近乎絕對安靜的實驗條件。
隨著實驗室正式建成投用,清華大學和上海交通大學的暗物質探測專(zhuan) 家第一時間帶著團隊入駐並開展相關(guan) 探測和分析工作。
關(guan) 於(yu) 暗物質的探測研究目前在全世界都是非常前沿的,而且競爭(zheng) 也相當激烈。在入駐實驗室初期,我國在這一領域對國外的技術和設備依賴非常強,經常遇到“卡脖子”的技術難題無法解決(jue) 。
清華大學教授、暗物質探測專(zhuan) 家李玉蘭(lan) :“探測器的技術門檻是比較高的,所以國際上隻有兩(liang) 三家歐美公司掌握這個(ge) 技術,在很多敏感行業(ye) 是對我們(men) “卡脖子”的,壟斷技術。我們(men) 不可能將來做這麽(me) 大的暗物質探測都買(mai) 國外昂貴的探測器,而且維護很費勁。我們(men) 在發展這個(ge) 實驗的過程中,同時研發了高純鍺探測器技術,一無所有,從(cong) 零開始,不斷摸索。”
暗物質被稱為(wei) 宇宙的“幽靈”。要想捕捉到暗物質信號,僅(jin) 僅(jin) 靠沒有輻射汙染的實驗室是不夠的。為(wei) 了盡可能屏蔽掉各種幹擾信號,科研人員還在這個(ge) 地下實驗室裏搭建了牆體(ti) 厚度達到一米的聚乙烯隔離檢測室,裏麵再用鉛和銅等材料層層包裹,同時在零下200度左右的超低溫環境中,利用高純鍺進行探測。
李玉蘭(lan) :“這個(ge) 高純鍺探測器首先對能量測得很準;第二,它純度達到13個(ge) 9,就是99%點後麵還有11個(ge) 9,意味著更容易把很稀有、很微弱的信號測出來。這個(ge) 高純鍺探測器是我們(men) 目前知道的,能量分辨率也就是測能量測得最準的探測器。”
不少科研人員都是90後甚至95後,在這個(ge) 地下實驗室,他們(men) 已經堅守了很多年。今年是錦屏地下實驗室建成投入使用後的第13個(ge) 年頭,清華大學暗物質探測團隊實驗人員景明坤在這工作了8年。對普通人來說,他看似每天做著同樣重複的工作,但他卻樂(le) 在其中。
暗物質探測是一個(ge) 不一定有結果的漫長的科學探索,可能遙遙無期,也可能最終一無所獲,投身於(yu) 此的科研人員不僅(jin) 要耐得住寂寞,還要有獻身科學事業(ye) 的精神。
在清華大學和上海交通大學科研人員的共同努力下,過去十多年,雖然還沒有探測到暗物質。但是他們(men) 已經取得近30項國際領先成果。
在暗物質探測領域,錦屏地下實驗室已走在世界前列。2014年,國外其他實驗室宣稱已發現了暗物質粒子,而我國的科研團隊在錦屏地下實驗室通過實驗證明,國外實驗團隊的結果是不正確的,這種“證偽(wei) ”的能力本身就是一大進步。
上海交通大學教授、暗物質探測專(zhuan) 家韓柯:“在暗物質探測過程中我們(men) 也有收獲,比如去年,我們(men) 精確測量了氙136同位素的半衰期,開始尋找太陽中微子在探測器中的信號,逐步將暗物質探測器發展為(wei) 多物理目標探測器,有了這些成果說不定我們(men) 的下一個(ge) 發現就是暗物質。”
利用高純鍺探測暗物質是中國錦屏地下實驗室一期的核心工作內(nei) 容。為(wei) 了有更大的探測空間,更全麵、更精準地探測到暗物質,2014年國投雅礱江公司在距離實驗室一期隻有900米的地方開始開挖實驗室二期工程。
目前,實驗室二期工程正在進行“聚乙烯屏蔽倉(cang) ”的搭建工作,建成後這將是全世界最大也是最幹淨的“屏蔽倉(cang) ”。
雖然實驗室二期還沒建成,目前隻是地下2400米的工地,但是上海交通大學的科研人員已經在這裏搭建了暗物質探測“潔淨間”,爭(zheng) 分奪秒地進行探測作業(ye) 。
按照計劃,實驗室二期將在今年完成空間建設及設備安裝工程,到2024年,所有的科學實驗都可以在實驗室二期順利開展。這裏將呈現一個(ge) 空間達到33萬(wan) 立方米的現代地下探測空間,是實驗室一期的83倍。未來,中國錦屏地下實驗室將逐步建設成為(wei) 一個(ge) 世界一流的多學科交叉共享實驗平台。
李名川:“不僅(jin) 僅(jin) 有暗物質的研究,還有中微子、核天體(ti) 物理以及深地醫學、岩石力學和地震,甚至包括芯片的研究,在這裏也有相關(guan) 實驗。錦屏大設施作為(wei) 前瞻引領型大科學裝置,將為(wei) 我國的基礎科學研究提供重要平台,這個(ge) 平台是獨一無二的。目前,錦屏大設施也在如火如荼建設,接下來我們(men) 將全力以赴,促進科學實驗早出成果、快出成果、出好成果、出大成果,為(wei) 打造原創技術策源地和建設科技強國貢獻堅實力量。”
十多年來,在大山深處,清華大學和上海交大的科研人員從(cong) 零開始,邊探索邊創新。他們(men) 當中有五六十歲的教授,也有95後的新生力量。在他們(men) 的努力下,探測技術不斷得到發展並開始產(chan) 業(ye) 化,目前部分技術已經運用在了核能核電等重要領域。黨(dang) 的二十大報告提出,要加強基礎研究,突出原創,鼓勵自由探索。在大山裏搞基礎研究一定是寂寞的,但是也隻有耐得住寂寞,才會(hui) 有原創和突破。有這樣耐得住寂寞、上下求索的科研工作者,我們(men) 才會(hui) 有高水平科技自立自強。我們(men) 也期待科學家們(men) 能發現更多宇宙的奧秘。
版權聲明:凡注明“來源:新利平台”或“新利平台文”的所有作品,版權歸高原(北京)文化傳(chuan) 播有限公司。任何媒體(ti) 轉載、摘編、引用,須注明來源新利平台和署著作者名,否則將追究相關(guan) 法律責任。