中國錦屏地下實驗室

中國錦屏地下實驗室

中國首個極深地下實驗室——“中國錦屏地下實驗室”2010年12月12日在四川雅礱江錦屏水電站揭牌並投入使用,錦屏地下實驗室垂直岩石復蓋達2400米,是目前世界岩石復蓋最深的實驗室。它的建成標誌著中國已經擁有了世界一流的潔淨的低輻射研究平台,能夠自主開展像暗物質探測這樣的國際最前沿的基礎研究課題。目前,清華大學實驗組的暗物質探測器已經率先進入實驗室,並啟動探測工作,而2011年上海交通大學等研究團隊也進入這裡開展暗物質的探測研究。中國錦屏地下實驗室即將擴建,將從4000立方米擴容到12萬立方米。

基本信息

組成結構

中國錦屏地下實驗室中國錦屏地下實驗室

“中國錦屏地下實驗室”利用為水電站修建的錦屏山隧道建成。其垂直岩石復蓋達2400米,是目前世界上岩石復蓋最深的地下實驗室。與其相比,位於義大利中部格蘭薩索山區的歐洲地下試驗室就像個遊戲室。在川藏群山下,粒子物理學家最頭痛的宇宙線的強度僅為格蘭薩索山區的1/200,為實驗提供了“乾淨”的環境。

連線設錦屏一級、錦屏二級水電站的17.6公里交通洞,上面是2500多米厚的山體岩石。這裡將成為研究所成立後首個實驗的開展地,專門“搜捕”暗物質。目前這裡是世界上最優越的探測暗物質的環境。

該實驗室利用的是當地建水電站時修的地下隧道,在其側面開挖長40米,寬、高各為6米的空間。因而與國外一些“脫胎”於礦井的地下實驗室相比,使用更為便利,埋深2500米的隧道,因為埋得越深,宇宙射線的干擾就越少。

地下實驗室是粒子物理和天體物理學等領域的暗物質探測研究、中微子實驗等重大基礎性前沿課題的重要研究場所。實驗室採用的高純鍺探測器,不但需要尖端技術還需大量資金投入。

技術原理

在宇宙學中,暗物質是指那些不發射任何光及電磁輻射的物質。人們只能通過引力產生的效應得知宇宙中有大量暗物質的存在。暗物質存在的最早證據來源於對球狀星系鏇轉速度的觀測。現代天文學通過引力透鏡、宇宙中大尺度結構形成、微波背景輻射等研究表明:我們所認知的部分大概只占宇宙的4%,暗物質占了宇宙的23%,還有73%是一種導致宇宙加速膨脹的暗能量。

最初的辦法是天文觀測法,但是,卻無法解答“暗物質是什麼”。後來,人們又採取間接探測和直接探測的辦法。前者,是探測暗物質相互碰撞產生的普通物質粒子信號,一般通過地面或太空望遠鏡探測;後者,則是用原子核與暗物質碰撞,探測碰撞產生的信號。而在地面上,因為宇宙射線眾多,這些信號會對直接探測產生干擾,影響其鑑別能力。因此,地下實驗室的建成可幫助探測器“擋”去干擾,讓其“靜心”工作。

因為暗物質在宇宙中是一種頗有“個性”的粒子,它品質很大,但作用力卻微乎其微。“每天可能有幾萬億個暗物質穿過你的身體,但你卻感受不到,這是因為暗物質的散射截面很小。”專家為此打比方說,這就像一隻足球能被球網擋住,但是一個小鐵球就能穿網而過,這是因為它的截面比球網的格線要小。

探測方法

“從地面上開車大概20分鐘,就能到達地下實驗室。一旦儀器運行穩定後,他只需在地面上的辦公室監控探測器運行即可,而地下實驗室的所有數據也會傳送至地面,因而,科研人員無需24小時“守”著探測器。

清華大學、上海交大兩個實驗組已入駐地下實驗室,清華大學的暗物質探測器已經率先進入實驗室並啟動探測工作,而2011年上海交通大學等研究團隊也將進入這裡開展暗物質的探測研究。兩個實驗組的探測方式並不相同,上海交大將使用液氙探測器在此開展暗物質的直接探測,清華將採用低溫半導體開展探測。在這個過程中,每一個科學發現都將使人們對物質世界的認識更進一步。龔敏說,四川大學將與清華大學協作,加入暗物質研究課題。

選址原因

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選址錦屏山隧道是因為錦屏山擁有垂直岩石復蓋最大的地理優勢,該實驗室是從隧道的側面開挖出來的,長40米長,寬、高各為6米,深埋在地下,實際位於水平地面上。實驗室各種儀器設備探測器、通風設備等都很好,地下實驗室的所有數據都傳送至地面。

研發進展

據資料顯示,美國、英國、法國、義大利、加拿大、日本等許多國家都已經建立起地下實驗室。早在去年,美國也在南達科塔州的黑山建立了一個深度約為2438米的地下實驗室。日本也在2010年10月在位於岐阜縣飛鰭市神岡礦山地下,建設了XMASS地下實驗室。英國一個深達350米的地下實驗室也於2010年4月份啟動使用。其目的都在於希望能夠成為在世界上最早發現暗物質的國家。

專家表示,粒子物理探求的是物質最深層次的奧秘。就像電被發明時,人們尚無法想像後來的電視、電腦。但無論如何,每一個科學發現都使人們對物質世界的認識更進一步。

最新訊息

2014年8月1日,清華大學與雅礱江流域水電開發有限公司在成都簽署共同建設“中國錦屏地下實驗室”二期工程的合作協定,正式決定啟動中國錦屏地下實驗室包括4組共8個實驗室及其輔助設施的二期建設再次令世界矚目。

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