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探访世界最深地下实验室:“地下2400米”追寻暗物质

   日期:2022-11-02     浏览:137    评论:0    
核心提示:暗物质是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质,从1922年科学家提出暗物质猜想到今天,仍未侦测到能证明暗物质粒子存在的信号。在四川省凉山州锦屏山,垂直岩石覆盖厚度2400米的地下

暗物质是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质,从1922年科学家提出暗物质猜想到今天,仍未侦测到能证明暗物质粒子存在的信号。在四川省凉山州锦屏山,垂直岩石覆盖厚度2400米的地下,科研人员在这里默默追寻暗物质已有10余年。

【同期】中国锦屏地下实验室科研助理 景明坤

我叫景明坤,是中国锦屏地下实验室的科研助理,虽然说是一名“90后”,但已经在实验室工作有7年多了。现在带大家看一下咱们实验室的工作环境以及平时的工作内容是什么样的。

我们实验室被外界称为“全球最深的地下实验室”,拥有2400米的岩石层埋深。咱们这个实验室之所以选择在凉山州(锦屏山)这个地方,是基于此处的岩石层埋深足够深,并且该处的岩体自身的辐射非常低,有利于咱们开展各种各样的超低辐射或者稀有事件的探测。2400米的岩石埋深,它就像一个暗室,能够牢牢地把宇宙射线的噪声给屏蔽掉。

很多人都以为我们每天进出实验室需要乘坐矿车或电梯进入,实际上2400米只是实验室到达锦屏山山顶的距离,我们每天进出实验室需通过10公里长的隧道到达锦屏山内部。

我们现在看到这个设备是我们国内目前灵敏度最高的超低本底探测器。在我们拥有自己的地下实验室之前,我们一直在韩国地下实验室进行暗物质研究。直到2010年12月,中国锦屏地下实验室正式投入使用,从此我们拥有了自己的地下实验室。

我现在做的工作主要是给这个容器补充液氮,给它灌液氮的目的是为了开展暗物质的探测器的降温工作,因为我们的探测器都是半导体探测器,需要在超低温下才能工作。我们灌完液氮之后,会把探测器顺势从上面给吊进去,然后在这个罐子里面浸泡液氮,冷却大概24小时左右,然后就可以开展相应的一些实验。

咱们实验室常驻的实验人员大约是10人,主要的实验工作分为两个部分,一个是辐射研究,另一个就是暗物质测量。我们的工作主要是做辐射测量,为暗物质实验提供更好的实验环境和更纯净的实验材料,保障暗物质实验的顺利进行。

咱们所有的人,所有在实验室的人都其实很期待着暗物质找到,不管是我们找到还是另外的实验组找到,其实这对于基础科研工作或者基础学科都是一个质的飞跃。

【同期】中国锦屏地下实验室现场实验人员 聂奇缘

我身下这个设备是一个巨型的液氮罐,里面存储了1.5立方米的液氮,我们探测暗物质的关键设备高纯锗探测器就在这1.5立方米的液氮中。当暗物质与高纯锗晶体中的锗原子发生碰撞的时候,它会留下一个微弱的反冲信号,通过探测这个反冲信号,我们就能判断是不是真的有暗物质。

我叫聂奇缘,今年26岁,来自清华大学,是中国锦屏地下实验室的现场实验员,目前是负责一个高纯锗探测器,用于探测暗物质信号。

自实验室从2010年建起以来,一共发表30余项重要的科研结果。比如2014年的时候,我们发表的论文成功排除了美国一个实验室所宣称探测到了暗物质的区域。近几年我们在太阳暗光子的探测方面也取得了国际领先的结果。

暗物质顾名思义,它是不发光的,这个光包括了可见光以及所有波段的电磁波,所以人类很难通过常规手段来观察到它。暗物质探测是当前科学前沿的一个热点,研究暗物质可以帮助我们人类更好地认识这个宇宙。暗物质占了宇宙总质能的26.8%,它参与了宇宙的演化,也组成了宇宙的现在,更决定了宇宙的将来,这也是为什么科学家们一直在孜孜不倦寻找它的原因。

我面前这台设备就是用来监测和记录里面的高纯锗探测器所记录的信号,这就是一个典型的信号波形,我们一天之中会采集成百上千个这样的信号波形,之后我们会对这些信号波形进行一一的处理分析,判断它是不是暗物质信号。但很可惜的是,这么多年过去了,我们至今还没有发现一例暗物质信号。很多人会问我们会不会气馁,但其实我并没有这样的感觉,因为我们这一天一天、一步一步地实验,是一直在缩小暗物质探测的区间的,我相信迟早有一天我们能够探测到真正的暗物质信号。


 
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