捕捉最“弱”的光

　　這里是垂直巖石覆蓋厚度達(dá)2400米的“極深地下”！

　　這里是世界上最“黑”的房子！

　　在這個(gè)深藏于四川涼山彝族自治州，錦屏山交通隧道中部地下的“黑”房子里，伴隨著原子核信號(hào)放大后的微微閃光，科研人員在不間斷運(yùn)行的儀器旁凝神尋找、捕捉。

　　這里，就是中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室。

　　科研人員每時(shí)每刻的工作就是“找東西”。他們?cè)谡沂裁矗?/p>

　　找宇宙中最“弱”的光——暗物質(zhì)，一種一直沒有被“看見”，卻在物質(zhì)起源和宇宙演化過程中具有重要地位的物質(zhì)。

　　如果把宇宙全貌比作一片海洋，到目前為止，人類礙于有限的理解和觀察手段，還只是在探索這片“海洋”的一小部分。天文學(xué)的眾多觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，暗物質(zhì)約占整個(gè)宇宙物質(zhì)質(zhì)量的85%。但，它看不見、摸不著，幾乎不和任何物體發(fā)生作用。

　　為了捕捉到這神秘又“靦腆”的暗物質(zhì)，21世紀(jì)以來，國(guó)際上相繼開展了20多個(gè)探測(cè)實(shí)驗(yàn)。人們相信：誰先揭開它的面紗，誰就將促成人類對(duì)物質(zhì)世界和宇宙認(rèn)識(shí)的又一次重大飛躍。

　　當(dāng)前，暗物質(zhì)探測(cè)方法大體分為“上天”“入地”和“人造暗物質(zhì)”三類：“上天”指間接探測(cè)實(shí)驗(yàn)，為減少地球大氣層的干擾，通常在太空進(jìn)行；“入地”指直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)，為減少宇宙線的干擾，通常在地下實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行；“人造暗物質(zhì)”指加速器實(shí)驗(yàn)，即通過普通粒子的對(duì)撞來產(chǎn)生暗物質(zhì)粒子，主要在歐洲核子中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上進(jìn)行。

　　中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室開展的研究就屬于“入地”。

　　在這里，2400米的巖石隧道就像一個(gè)暗室，牢牢地把宇宙射線的噪聲擋住。與國(guó)際上其他地下實(shí)驗(yàn)室相比，這里巖石覆蓋最深，宇宙線通量最小，可用空間最大，并且具備交通便捷、電力及水源充足的優(yōu)勢(shì)。

　　2010年12月12日，“中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室”揭牌并投入使用，標(biāo)志著中國(guó)擁有了世界一流的潔凈的低輻射研究平臺(tái)。隨后，清華大學(xué)牽頭的盤古計(jì)劃(CDEX)高純鍺暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)和上海交通大學(xué)牽頭的熊貓計(jì)劃(PandaX)液氙暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目入駐。

　　“類似于‘等暗物質(zhì)自投羅網(wǎng)’。”清華大學(xué)工程物理系教授、CDEX暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)負(fù)責(zé)人岳騫介紹，在這個(gè)極度安靜的實(shí)驗(yàn)室里，兩支團(tuán)隊(duì)所放置的探測(cè)器中的靶粒子會(huì)和暗物質(zhì)“相撞”，并從它們身上得到一點(diǎn)能量，而這個(gè)能量可以變成電離信號(hào)也可以變成熱振動(dòng)信號(hào)，或是閃爍光信號(hào)。科學(xué)家們可以把暗物質(zhì)粒子和普通物質(zhì)相互作用后的各種參數(shù)都記錄下來，從中統(tǒng)計(jì)規(guī)律，再利用這些蛛絲馬跡一點(diǎn)點(diǎn)拼湊出暗物質(zhì)的信息。

　　事實(shí)上，暗物質(zhì)和普通物質(zhì)相撞的概率極低。科學(xué)家們可不是守株待兔。

　　4000立方米的實(shí)驗(yàn)室一期里，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的精心設(shè)計(jì)，每一位科研人員的分秒必爭(zhēng)，都向著兩個(gè)目標(biāo)奔赴——增效，千方百計(jì)提升暗物質(zhì)的碰撞信號(hào)；降本，絞盡腦汁屏蔽背景的干擾信號(hào)。

　　成果接二連三。2013年，CDEX合作組發(fā)表了我國(guó)首個(gè)暗物質(zhì)直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2014年，給出點(diǎn)電極高純鍺暗物質(zhì)探測(cè)方面國(guó)際最靈敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這一結(jié)果利用相同探測(cè)技術(shù)，確定性地排除了美國(guó)CoGeNT實(shí)驗(yàn)組給出的暗物質(zhì)存在區(qū)域。近兩年，雖然在中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“極深地下極低輻射本底前沿物理實(shí)驗(yàn)設(shè)施”還在緊鑼密鼓的建設(shè)過程中，但兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組持續(xù)取得新突破，在暗物質(zhì)年度調(diào)制、暗光子、軸子等不同暗物質(zhì)模型下給出了一系列國(guó)際先進(jìn)成果，保持國(guó)際“并跑”。

　　眼下，正在建設(shè)的二期實(shí)驗(yàn)空間將增加到30萬立方米。更多科研團(tuán)隊(duì)正摩拳擦掌，等待進(jìn)入擴(kuò)建后的這個(gè)極深地下實(shí)驗(yàn)空間。

　　暗黑世界，只為那一眼“看見”！在這條路上，每一點(diǎn)執(zhí)著堅(jiān)持后的發(fā)現(xiàn)都將使人類對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)更進(jìn)一步，也必將在科學(xué)史上鐫刻下屬于中國(guó)科學(xué)家的一筆。

　　(本報(bào)記者 鄧暉)