大涼山:探究2.4公里地下神秘的世界頂級實(shí)驗(yàn)室
2008年,諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者丁肇中在美國將他的暗物質(zhì)探測器搭載航天飛機(jī)送上了國際空間站,成為人類首個(gè)太空中的宇宙射線探測器。而此時(shí)他不知道的是,就在他兒時(shí)成長的中國四川,與他同樣探究暗物質(zhì)的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工程在悄悄展開,只不過,一個(gè)是在天上,一個(gè)是在地下。
暗物質(zhì),從字面意思我們可以看出,它是一種“看不見”的物質(zhì)。這里所說的“看不見”,不單單是說用我們的肉眼在可見光波段看不見,而是說不論探測什么波段的電磁波,比如無線電、紅外線、紫外線、X射線等,都看不到它。也就是說,暗物質(zhì)幾乎不發(fā)出任何波段的電磁輻射。
1933年,瑞士天文學(xué)家茲威基通過測量發(fā)現(xiàn),按照引力定律,所觀察的星系“質(zhì)量不夠”,不足以使其凝聚在一起。此后幾十年中科學(xué)家對宇宙膨脹速度的測量、星系形成過程的模擬,也表明宇宙的總質(zhì)量應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于已知物質(zhì)的總質(zhì)量。
目前的測算表明,組成人們已知物質(zhì)的質(zhì)子、中子、電子等粒子,只占宇宙的4%—5%,而暗物質(zhì)則占了宇宙的23%,還有72%—73%是一種導(dǎo)致宇宙加速膨脹的暗能量。也就是說,宇宙中絕大部分的物質(zhì)和能量,對今天的科學(xué)來說都屬于未知。
科學(xué)家相信,暗物質(zhì)是確實(shí)存在的,但如何找到他,卻成了世紀(jì)難題。
目前普遍認(rèn)為有三種方法:第一種是利用加速器碰撞,看能否在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生暗物質(zhì);第二種是在太空進(jìn)行間接探測;第三種就是測量暗物質(zhì)粒子與探測器靶核碰撞之后產(chǎn)生的信號,一般在地下實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。
丁肇中采用了第二種方法,而在中國,試圖用第三種方法來破解這個(gè)難題。
從成都沿著G5國家高速向西南出發(fā),350公里之后,到達(dá)涼山彝族自治州冕寧縣,再繼續(xù)前進(jìn)90公里之后,到達(dá)州府所在地西昌。
冕寧縣錦屏山,雅礱江在這里湍流而下。超過300米高的錦屏一級水電站大壩橫亙在這里,這座目前世界上已建、在建和設(shè)計(jì)中最高的雙曲薄拱壩,工程總投資近250億元人民幣;而在其下游7.5公里處的錦屏二級水電站,投資也超過了220億元。
錦屏二級水電站需要在錦屏山下挖掘一批巨型隧道:四條規(guī)模達(dá)16.7公里的導(dǎo)水渠管和兩條17.5公里長的交通運(yùn)輸隧道及一條排水渠道。
清華大學(xué)的物理學(xué)家認(rèn)為這里是建造地下實(shí)驗(yàn)室的絕佳位置,因?yàn)榘滴镔|(zhì)可能會(huì)受到宇宙射線的影響,而在地表深處,宇宙射線量僅為表面的約億分之一。在這個(gè)相對“干凈”的地方進(jìn)行實(shí)驗(yàn),可以避免很多干擾因素來“打擾”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。他們與二灘水電公司協(xié)商在隧道群中心建造實(shí)驗(yàn)室。
2009年5月,一紙正式文件簽署,挖掘隨即開始。
實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目名稱有些繞口——極深地下極低輻射本底前沿物理實(shí)驗(yàn)設(shè)施,公開名稱叫做中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室,英文簡稱CJPL。
第一階段的挖掘工作整整進(jìn)行了一年,在2010年6月完成。其中包括一個(gè)4000立方米的實(shí)驗(yàn)空間。
其實(shí)這個(gè)基地沒有保密可言,是個(gè)開放的實(shí)驗(yàn)室。
第一期項(xiàng)目內(nèi)的空氣通風(fēng)設(shè)備最初并不完備,這直接導(dǎo)致了儀器積灰和空氣中的氡氣濃度升高,直到附加通風(fēng)設(shè)備安裝到位時(shí)情況才有所好轉(zhuǎn)。但二期水電工程修建七條隧道時(shí)保留了兩條分流隧道,兩條總長約為一公里縱橫交錯(cuò)的斜波隧道,連通五條水道,這些原計(jì)劃竣工后便封堵的隧道,都貢獻(xiàn)給了實(shí)驗(yàn)室,用于設(shè)備支持。
幾乎沒有宇宙射線干擾,使得該項(xiàng)目能夠面向未來新粒子探測和新物理研究,為開展粒子物理與核物理、天體物理學(xué)及宇宙學(xué)等領(lǐng)域的重大基礎(chǔ)前沿實(shí)驗(yàn)研究提供平臺(tái)支撐。
涼山州的諸多科技創(chuàng)新不為外人所知,其實(shí)他們有很多的世界第一。
這里有亞洲地區(qū)規(guī)模最大,設(shè)備最先進(jìn)的新型多功能綜合航天靶場,也是中國目前唯一能發(fā)射地球同步衛(wèi)星的發(fā)射基地,這里有吉狄馬加、彝人制造、山鷹組合、吉克俊逸、莫西子詩、南瑪子呷。
涼山彝族居住在這片我國西南地區(qū)這塊高山深谷中的神奇土地上。在這里,彝族人民繁衍生息,創(chuàng)造了悠久的歷史、古老的文化。他們創(chuàng)造了自己獨(dú)特的文化結(jié)構(gòu),倫理道德、價(jià)值觀念。
無論地域還是生活,不是缺少美,而是缺少發(fā)現(xiàn)美的眼睛,如果我們帶著一雙審美的眼睛去看世界,世界就會(huì)變得可愛起來。
“涼山貧困面寬量大程度深是不爭的事實(shí),但同時(shí)也是全國乃至世界少有的資源富集地區(qū)?!睕錾街菸瘯浟謺蛇@樣描述自己奮斗的地方。正是依靠科技創(chuàng)新的力量,古老涼山實(shí)現(xiàn)了“一步跨千年”到“經(jīng)濟(jì)跨千億”的歷史巨變,經(jīng)濟(jì)總量躍居全國30個(gè)少數(shù)民族自治州前列。
中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室二期擴(kuò)建增加了超過15萬立方米的空間,其中包括部分聯(lián)絡(luò)通道,四個(gè)大型實(shí)驗(yàn)廳,還有兩個(gè)用于掩蓋大廳地板下的水箱的坑。在這個(gè)神秘的中國的暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室,有一個(gè)深18米的圓柱形大坑,用以填充一個(gè)液氮罐,這是上海交通大學(xué)液氙直接探測合作組(PandaX)的科研項(xiàng)目。
這些項(xiàng)目竣工后,打破了之前意大利格蘭薩索國家實(shí)驗(yàn)室(LNGS)的紀(jì)錄,成為世界上最大的地下實(shí)驗(yàn)室。
重大科技基礎(chǔ)設(shè)施科學(xué)中心主任岳騫表示,現(xiàn)代物理學(xué)的重大突破需要極端實(shí)驗(yàn)條件。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢便是可以盡可能的減少宇宙射線的干擾,厚厚的巖石能把大部分宇宙射線都屏蔽掉。打個(gè)比方,如果山頂上有1億個(gè)宇宙射線粒子將射向這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的話,最后大概只有1個(gè)能夠進(jìn)入這里。
地下實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的大氣μ子當(dāng)前正在測量中,她肯定比加拿大薩德伯里中微子觀察實(shí)驗(yàn)室(SNOLAB)的數(shù)值要低,也正如此,成為了世界上最深的實(shí)驗(yàn)室所保留的記錄。
與目前國際上其他的地下實(shí)驗(yàn)室相比,中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室?guī)r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、基礎(chǔ)設(shè)施完備等優(yōu)勢。
從面積比較,中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室的大廳比意大利格蘭薩索國家實(shí)驗(yàn)室更大,它的大廳本身就有93,300 立方米,再加上屏蔽坑還有9,300立方米,總共有102,600 立方米,高于意大利格蘭薩索國家實(shí)驗(yàn)室的95,100 立方米。
在中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室,大廳外總共有361000立方米的服務(wù)區(qū)域,而意大利格蘭薩索國家實(shí)驗(yàn)室的總體積為180000立方米,這個(gè)數(shù)據(jù)更直觀的體現(xiàn)了它第一的位置。
由于實(shí)驗(yàn)室位于一個(gè)大型水電設(shè)備內(nèi),因而可以獲得大量的電能。
重大科技基礎(chǔ)設(shè)施副總指揮兼總工程師李元景介紹,中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室不光是為中國科學(xué)家服務(wù),也對全世界的科學(xué)家和實(shí)驗(yàn)室開放,推動(dòng)我國開展國際級大科學(xué)合作,吸引國內(nèi)外頂尖學(xué)者前往開展前沿物理實(shí)驗(yàn),為取得重大物理突破提供基礎(chǔ)設(shè)施保障。
手機(jī)體驗(yàn)
微信公眾號
微信小程序
手機(jī)版
-
微分享