大山里的地下实验室

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2023-2-17 09:16

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【52监测网讯】在四川凉山州雅砻江畔的崇山峻岭之间，有着一个目前世界最深的地下实验室。这个实验室藏在2400米的山体深处，不仅有着技术先进的设备，还有一群来自清华大学和上海交通大学的科研工作者 ...

说到大凉山，大家很难把它和科技前沿挂上钩。但是在四川凉山州雅砻江畔的崇山峻岭之间，却有着一个目前世界最深的地下实验室。这个实验室藏在2400米的山体深处，不仅有着技术先进的设备，还有一群来自清华大学和上海交通大学的科研工作者。他们在大凉山的肚子里，做着一项很神秘，而且处在最前沿的科研工作，寻找宇宙的“幽灵”。

总台记者赵雄：我现在是在四川凉山州锦屏山隧道洞口，全世界最深的地下实验室就在我身后的隧道里。接下来，我们将深入到隧道最核心的位置，去看看这个实验室。

通往这个地下实验室的锦屏山隧道全长有17.5公里，和我们通常理解的“地下”的概念不同，这个实验室并不是位于地底深处，而处于一座山体中间的隧道中部，实验室上方垂直岩石覆盖达2400米，所以被称之为地下实验室。进入隧道，我们可以清晰地看到大山内部岩体。沿着隧道一路往里行驶大约9公里，耗时10多分钟，就来到了中国锦屏地下实验室，这里汇聚了来自清华大学和上海交通大学一共20多名顶尖研究专家。

这个实验室是从隧道的侧面开挖出来的，包括地下实验室入口隧道、连接隧道和主实验厅三部分，空间容积约为4000m³，其中主实验厅并不大，长40m，宽6.5m，高7.5m。在实验室里，可以看到各种神秘的科研设备，用来探测宇宙中可能存在，却又不可见的东西——暗物质。

物理学家分析，在宇宙中，我们所了解的物质和能量可能只占到已知宇宙的5% ，更多的或许是那些看不见摸不着的暗物质、暗能量。针对暗物质的研究，对于前沿科学研究意义重大，如果能探测到暗物质，将为人类认识宇宙带来革命性的突破。

上海交通大学教授、暗物质探测专家韩柯：18世纪没有电的时候，当时的人们完全无法想象今天电在我们生活中无处不在。我们今天研究暗物质，搞清楚暗物质的本源，期望未来暗物质会影响我们生活的方方面面，带给我们像电一样，甚至比电更加深刻的变化。

由于暗物质很难探测到，需要排除宇宙中各种射线的干扰，只有在极深的地下才有可能直接探测到，因此世界各国科研人员多年来一直在寻找具备深地条件的地下实验室。

国投雅砻江水电锦屏地下实验室管理局常务副局长李名川：因为地面充斥着大量的宇宙射线，如果在地面开展暗物质实验，暗物质的信号就会被宇宙射线的信号完全淹没掉，无法分辨到底是暗物质还是宇宙射线的信号。就像在一个非常嘈杂的足球场，要找一根针掉到地下的声音。

要想找到这样的实验室并不容易，目前美国和欧洲等多国都在努力寻找和建设符合条件的实验室。2008年8月8日，位于四川省凉山州的锦屏山交通隧道正式贯通，这条位于地下2400米的隧道是连接锦屏一级、二级水电站的专用通道。这则消息在当天播出后，清华大学暗物质探测团队很快就发现，这里就是他们一直以来梦寐以求的实验室地点。

很快，清华大学的科研人员联系上了隧道的建设方国投集团雅砻江流域水电开发有限公司，希望和他们一起在隧道正中间，利用锦屏山隧道特殊的地理条件，降低宇宙射线通量，联合建设中国锦屏地下实验室。然而，在有着2400米岩石埋深的隧道中建设地下实验室，远比想象的要困难得多。

国投雅砻江水电锦屏地下实验室管理局常务副局长李名川：我们是在大山深处挖出来的隧道和实验空间，岩体就是大山最原始的岩体，凹凸不平，这证明当时施工特别不容易，因为这些都是岩爆导致的。

所谓“岩爆”，是指岩石在高压下像爆炸一样断裂、弹射，猛烈爆发的能量会对隧道造成破坏，是隧道施工的主要安全隐患之一。

国投雅砻江水电锦屏地下实验室管理局常务副局长李名川：在大山深处岩爆特别厉害，我们遭遇了1200多次较大规模的岩爆，同时也碰到了高压大流量突涌水。当时水从岩体里喷涌而出，在压力作用下都已经雾化了，所以这条隧道建设特别不容易。

经过一年多的建设，中国锦屏地下实验室一期于2010年底完工并正式投入使用。在这个实验室里，绝大部分宇宙射线都会被2400米厚的岩体屏蔽掉，实验室里宇宙射线通量是地表的一亿分之一，为科研人员开展暗物质探测提供了近乎绝对安静的实验条件。

随着实验室正式建成投用，清华大学和上海交通大学的暗物质探测专家第一时间带着团队入驻并开展相关探测和分析工作。

关于暗物质的探测研究目前在全世界都是非常前沿的，而且竞争也相当激烈。在入驻实验室初期，我国在这一领域对国外的技术和设备依赖非常强，经常遇到卡脖子的技术难题无法解决。

清华大学教授、暗物质探测专家李玉兰：探测器的技术门槛是比较高的，所以国际上只有两三家欧美公司掌握这个技术，在很多敏感行业是对我们卡脖子的垄断技术。我们不可能将来做这么大的暗物质探测，都买国外昂贵的探测器，而且维护很费劲。我们在发展这个实验的过程中，同时研发了高纯锗探测器技术，一无所有，从零开始，不断摸索。

暗物质被称为宇宙的“幽灵”。要想捕捉到暗物质信号，仅仅靠没有辐射污染的实验室是不够的。为了尽可能屏蔽掉各种干扰信号，科研人员还在这个地下实验室里搭建了墙体厚度达到一米的聚乙烯隔离检测室，里面再用铅和铜等材料层层包裹，同时在零下200摄氏度左右的超低温环境中，利用高纯锗进行探测。

清华大学教授、暗物质探测专家李玉兰：这个高纯锗探测器首先对能量测得很准；第二，它纯度达到13个9，就是99%点后面还有11个9，意味着更容易把很稀有、很微弱的信号测出来。这个高纯锗探测器是我们目前知道的能量分辨率也就是测能量测得最准的探测器。

不少科研人员都是90后甚至95后，在这个地下实验室，他们已经坚守了很多年。今年是锦屏地下实验室建成投入使用后的第13个年头，清华大学暗物质探测团队实验人员景明坤在这工作了8年。对普通人来说，他看似每天做着同样重复的工作，但他却乐在其中。

暗物质探测是一个不一定有结果的漫长的科学探索，可能遥遥无期，也可能最终一无所获，投身于此的科研人员不仅要耐得住寂寞，还要有献身科学事业的精神。

在清华大学和上海交通大学科研人员的共同努力下，过去十多年，虽然还没有探测到暗物质。但是他们已经取得近30项国际领先成果。

在暗物质探测领域，锦屏地下实验室已走在世界前列。2014年，国外其他实验室宣称已发现了暗物质粒子，而我国的科研团队在锦屏地下实验室通过实验证明，国外实验团队的结果是不正确的，这种“证伪”的能力本身就是一大进步。

上海交通大学教授、暗物质探测专家韩柯：在暗物质探测过程中我们也有收获，比如去年，我们精确测量了氙136同位素的半衰期，开始寻找太阳中微子在探测器中的信号，逐步将暗物质探测器发展为多物理目标探测器，有了这些成果说不定我们的下一个发现就是暗物质。

利用高纯锗探测暗物质是中国锦屏地下实验室一期的核心工作内容。为了有更大的探测空间，更全面、更精准地探测到暗物质，2014年国投雅砻江公司在距离实验室一期只有900米的地方开始开挖实验室二期工程。

目前，实验室二期工程正在进行“聚乙烯屏蔽仓”的搭建工作，建成后这将是全世界最大也是最干净的“屏蔽仓”。

虽然实验室二期还没建成，目前只是地下2400米的工地，但是上海交通大学的科研人员已经在这里搭建了暗物质探测“洁净间”，争分夺秒地进行探测作业。

按照计划，实验室二期将在今年完成空间建设及设备安装工程，到2024年，所有的科学实验都可以在实验室二期顺利开展。这里将呈现一个空间达到33万立方米的现代地下探测空间，是实验室一期的83倍。未来，中国锦屏地下实验室将逐步建设成为一个世界一流的多学科交叉共享实验平台。

国投雅砻江水电锦屏地下实验室管理局常务副局长李名川：不仅仅有暗物质的研究，还有中微子、核天体物理以及深地医学、岩石力学和地震，甚至包括芯片的研究，在这里也有相关实验。锦屏大设施作为前瞻引领型大科学装置，将为我国的基础科学研究提供重要平台，这个平台是独一无二的。目前，锦屏大设施也在如火如荼建设，接下来我们将全力以赴，促进科学实验早出成果、快出成果、出好成果、出大成果，为打造原创技术策源地和建设科技强国贡献坚实力量。

十多年来，在大山深处，清华大学和上海交大的科研人员从零开始，边探索边创新。他们当中有五六十岁的教授，也有95后的新生力量。在他们的努力下，探测技术不断得到发展并开始产业化，目前部分技术已经运用在了核能核电等重要领域。党的二十大报告提出，要加强基础研究，突出原创，鼓励自由探索。在大山里搞基础研究一定是寂寞的，但是也只有耐得住寂寞，才会有原创和突破。有这样耐得住寂寞、上下求索的科研工作者，我们才会有高水平科技自立自强。我们也期待科学家们能发现更多宇宙的奥秘。

编辑丨赵雄皮望星

摄像丨杨晨

剪辑丨佟永杰