我国2400米深实验室扩容 提高暗物质探测灵敏度
时政新闻人民日报海外版赵婀娜2014-08-02 04:57

清华大学专家在实验室开展暗物质探测的相关数据采集工作。　　杨 杰摄

　　“中国锦屏地下实验室要扩建了！将从4000立方米扩容到12万立方米！”8月1日，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，正式决定启动中国锦屏地下实验室包括4组共8个实验室及其辅助设施的二期建设再次令世界瞩目。这意味着更多的实验项目可以在实验室中开展，中国科学家也将有望结束以往去国外地下实验室借用的时代，并向全世界开放。

　　■ 最“干净”的地下实验室

　　巍巍锦屏山，山体宏厚，美丽的雅砻江沿锦屏山势顺流而下。在二滩水电站17.5公里长的锦屏隧洞内，中国首个极深地下实验室就建在这里。这是2010年12月启用的世界最深的地下实验室，也是世界上最“干净”的地下实验室。

　　所谓最“干净”，是指辐射最少、杂质最少。清华大学工程物理系教授李元景告诉记者，世界上最难挡住的就是宇宙射线，要打造一个最理想的实验环境，就要尽量遮蔽住宇宙射线，而用岩石阻挡是好办法。锦屏隧洞最大埋深达2400米左右，实验室设立其中，就相当于将实验室设在地下2400多米深的地方，超过了加拿大的岩石覆盖厚度2000米的斯诺实验室，能将宇宙射线通量降到地面水平的约亿分之一。而为了让实验室变得更“干净”，工作人员还对环境进行了特殊的包装。实验室外层是1米厚的聚乙烯材料，用于阻拦和吸引中子；然后是20厘米厚的铅层，用于屏蔽外部的伽马射线；20厘米厚的含硼聚乙烯，用于吸收剩余的中子；10厘米厚的高纯无氧铜，用于阻挡铅材料及外部其他材料中伽马射线。这些屏蔽设备几乎屏蔽掉了能够想到的一切辐射源。

　　锦屏地下实验室的建成，为由清华大学主导的CDEX合作组的科研人员们提供了梦寐以求的“舞台”。2013年，合作组的首个研究成果就发表在国际权威物理期刊《物理评论D》（Physical Review D）上，这是我国第一个自主开展暗物质实验研究的物理结果。更为可喜的是，该实验成果对低质量区暗物质粒子的探测灵敏度达到了国际一流水平，确立了CDEX合作组在国际暗物质探测领域内第一阵营的地位，这极大地提升了我国在暗物质这一重大基础前沿研究领域的研究水平和国际影响力。

　　■ 提高暗物质探测灵敏度

　　清华大学常务副校长、中国锦屏地下实验室主任程建平越来越感觉到，世界科学家的目光开始向锦屏聚集，“在物理学乃至整个自然科学研究领域，对这种极端深地实验室的需求是非常旺盛的。这么好的一个地方，如果不扩大提供给全世界的科学家来用，实在太可惜了。”参与CDEX研究的李元景也有同样的感受，他说：“过去我们去国外参加国际合作，都是以外国科学家为主导，我们协助干活。那时候我们就一直有个梦想，能够有自己的实验室，吸引国外的科学家到我们的实验室里来，参与由我们主导的基础科学研究。”

　　于是，清华大学与雅砻江流域水电开发有限公司经过反复调研论证，决定利用锦屏水电站施工隧道，共同建设中国锦屏地下实验室二期工程。与国外动辄耗资数亿的地下实验室建设相比，锦屏地下实验室的建设充分利用了雅砻江公司承担的锦屏水电站的建设工程，节省了大量的资金、设备设施、人力、工程管理等投入。程建平说：“在雅砻江公司的支持下，我们有条件利用少量的钱办成一件大事，这样的机会稍纵即逝，需要尽快抓住，所以我们决定与雅砻江公司签约，启动实验室的二期建设。”

　　■ 最前沿科研项目可进实验室

　　在程建平看来，首先必须是最重大、最前沿的研究课题，这是最为严格的判断标准；其次，研究项目所要求的实验空间也不能超出锦屏地下实验室的容纳限制。在此基础上，将由锦屏地下实验室的学术委员会负责评定，该学术委员会将由国内外的知名科学家组成。

　　除了暗物质研究，双β衰变、中微子，乃至岩体力学、生态学等很多研究领域都对极深地下实验室有需求。在优先满足国内科学家的研究需求基础上，中国锦屏地下实验室也将面向世界开放，希望不断吸引国外的优秀科学家前来参与科研合作。这样一来，采用什么样的机制体制运行和管理实验室，成为实验室管委会需要探索和解决的问题。

　　“以前的国际合作多是我们到外国去，参与国外的科研项目。现在国外的科学家要到我们这里来，参与我们的研究工作，这就会使我们遇到一些新的问题。”程建平说，这不仅需要我们提供良好的实验室硬件条件，也需要我们建立好的实验室运行管理机制，使来自世界各地的科学家都能在这里充分自主地开展科学研究。