杏彩注册:锦屏地下实验室：不仅深还要大

　　在中国四川省二滩水电站的锦屏隧洞内，藏着一个与众不同的实验室中国锦屏地下实验室（China Jinping Underground Laboratory ，CJPL）。

　　地下实验室向来是粒子物理和天体物理学家从事暗物质探测研究、中微子实验等重大基础性前沿课题的最佳场所。2010年12月，CJPL开放伊始就让全世界物理学家为之欣喜。如今，这个世界上最深的地下实验室再度为科学界传来捷报。

　　随着清华大学与雅砻江流域水电开发有限公司在成都签署共同建设“中国锦屏地下实验室”二期工程的合作协议，CJPL将迎来从4000立方米到12万立方米的跃进式扩容。

　　2008年8月8日，北京奥运会开幕的日子。清华大学物理学家岳骞在电视里偶然看到四川省锦屏水电站锦屏隧道贯通的消息，他激动得差点跳起来。他意识到，这里就是他一直梦寐以求的那个“洞”。

　　清华大学的研究人员迅速行动起来。他们来到四川凉山彝族自治州的水电站做实地考察，并说服雅砻江流域水电开发有限公司在一条隧道中挖掘总计4000立方米的两个实验室大厅。

　　实际上，地下实验室，尤其是极深地下实验室，一直以来都是开展粒子物理学、天体物理学及宇宙学等领域中的暗物质探测、双衰变、中微子振荡、质子衰变等基础性前沿课题的重要研究场所，同时也是低放射性材料、环境核辐射污染检测不可多得的理想环境。

　　过去几十年，国外地下实验室的发展进程无一不表明，地下实验室的建设和发展对整个国家的科技发展有着非同凡响的意义。然而中国的现状却与国际主流背道而驰。

　　长期以来，由于国内缺少好的地下实验室，中国科学家只能排队借用国外的地下实验室，导致国内许多相关领域的研究工作无法及时、顺利的开展，给自主研究带来极大限制和阻碍。

　　2010年12月，CJPL宣告开放。此时，它不仅成为世界上最深、最“干净”的地下实验室，也预示着国内科学家奔波海外借用地下实验室的历史宣告结束。

　　这里说的“干净”，绝不是指环境卫生，而是说辐射最少、杂质最少。要打造一个理想的实验环境，就要尽量遮蔽住“难缠”的宇宙射线，而岩石阻挡则是个再好不过的办法。CJPL垂直岩石覆盖达2400米，能将宇宙射线通量降到地面水平的约亿分之一，可以屏蔽能够想到的一切辐射源。

　　“它是一个有着高度竞争力和潜力的场所。”伦敦大学国王学院理论家John Ellis说。就在不久前，他主持的国际咨询委员会访问了CJPL。

　　迄今为止，由清华大学负责运行的CJPL一直聚焦于暗物质探索研究。其中正在进行的暗物质实验有两项。

　　其中之一就是“熊猫计划”（Particle and Astrophysical Xenon，PandaX）。

　　该实验由上海交通大学牵头组织领导，山东大学、中科院上海应用物理研究所、北京大学、雅砻江流域水电开发有限公司、美国马里兰大学和美国密歇根大学6家中、美研究机构和大学参与其中，共涉及40多位研究人员。PandaX的实验目标是通过使用37公斤的液体氙，寻找弱相互作用重离子(WIMPs)形式的暗物质。因为如果WIMPs存在，它们将穿过整个山脉，极有可能与氙原子核碰撞产生闪光信号。

　　在另外一个实验室大厅，中国暗物质实验（China Dark matter Experiment ，CDEX）正如火如荼地展开。实验由清华大学主导，四川大学、中国原子能科学研究院、南开大学和雅砻江流域水电开发有限公司等单位共同参与，目标是利用低阈能的锗探测器进行轻质量暗物质探测。

　　虽然目的都是进行暗物质探测，但在CDEX合作组成员、中央研究院物理研究所物理学家Henry Wong看来，两种方法之间具有“互补性”：氙气探测器能够更好地从背景辐射引发的闪光中识别出WIMP信号，而更为敏感的锗探测器则能发现轻质量WIMPs间的相互作用。

　　虽然至今两个实验都没有探测到WIMP，但它们都有助于确认来自其他实验室的结果WIMPs的质量非常之轻。

　　想要提高观测到WIMPs以及确定其质量的几率，CJPL就需要较大体积的氙气、更多的锗晶体以及更好的屏蔽。而这一切都需要更大的空间。同时，更多的空间还意味着可以容纳更大型、更加敏感的暗物质探测设备，并进行扩展的研究议程。

　　更进一步说，放眼国外，当下，物理学乃至整个自然科学研究领域对极端深地实验室的需求都非常旺盛，而CJPL有限的空间远远无法满足国外科学家的需求。

　　“如果在未来的几年内，他们能够明显地扩展这些实验，”美国加利福尼亚大学伯克利分校理论家Wick Haxton说，“他们将会非常有竞争力。”

　　明年初，在锦屏水电站结束施工之前，施工人员将沿着四川省锦屏山的隧道，开始建造4个130米长的中空实验室大厅。届时，CJPL的空间将从4000立方米跃至12万立方米，仅次于拥有18万立方米的意大利格兰萨索国家实验室。

　　一旦CJPL的科学规模进一步扩大，“它将会成为中国物理学史上的里程碑”。位于加拿大萨德伯里的SNOLAB 地下实验室主任Nigel Smith说。

　　CDEX合作组正致力于通过将锗探测器的单体质量从1公斤提升至10公斤，并添加更为复杂的屏蔽来提高探测器的敏感性。

　　“我们正致力于建设一个终极暗物质捕捉实验一个20吨级的液体氙实验。”PandaX合作组负责人、上海交通大学物理与天文系教授季向东说。那将比现有的液态氙实验大几倍。季向东表示，想要实现这样一个庞大的项目，可能需要小组从全球整合资源。

　　另一个即将入住CJPL这间“新房子”的“住客”是锦屏山地下核天体物理实验室项目（Jinping Underground laboratory for Nuclear Astrophysics ，JUNA）。这一计划的“重头戏”就是建设一个可用于复制恒星内部核反应过程的加速器。相较于其他方面的努力，有了强有力的加速器和更深的位置，“在众多核天体物理实验室之中，JUNA有潜力占据有利的位置。”JUNA负责人、中国原子能科学院物理学家柳卫平信心满满。

　　德国《南德意志报》专门刊登名为《中国的地下实验室，物理学家的山》一文，对CJPL进行了详细地介绍和解读，并指出中国正在吸引世界名列前茅的学者前往四川开展科研。

　　文章在末尾这样写道：“中国的大胆步伐将颠覆耗资巨大的粒子物理研究领域。20年前这场竞赛还在美欧间展开。如今这个新兴大国已不甘于在西方各研究机构中扮演客人的角色。问题已变成：谁能紧跟中国的步伐？”■