

当我们在地表仰望星空时,你可曾想过,地球深处正有一只“天眼”凝视着浩瀚的宇宙。去年底,四川锦屏大设施液氮低温屏蔽装置启动液氮灌注。这标志着基于国家重大科技基础设施——锦屏大设施的关键科学实验设备正式进入调试运行阶段。中国锦屏地下实验室藏在2400米的岩层下,它的深度相当于800层楼的高度,容积也达到了33万立方米,成为全世界岩石覆盖最深的地下科研空间。
2400米,这么深的实验室,要研究什么呢?
原来,在宇宙中有一种不可见的物质——暗物质。它不参与电磁相互作用,不发出或者反射光,无法直接被肉眼看到或被观测到;它不与电磁波发生作用,再高端的望远镜都无法看到它。科学家研究发现,暗物质占宇宙总物质质量的85%、质能的26.8%。可以说,暗物质关乎着宇宙的起源与未来,甚至决定着太阳系和人类的命运。近百年来,各国一直在寻找暗物质存在的证据,但都无果。
理论上,暗物质与常规物质有微弱的相互作用,可以被精密的实验仪器探测到。如何探测呢。一个字——撞!科学家认为,只要暗物质粒子撞击了探测器物质中的原子核,探测器就能检测到原子核能量的变化并记录下来。
实验室利用的是高纯锗(zhě)探测器。它的高灵敏度非常适合记录物质碰撞时发生的微弱辐射,锗的纯度越高,记录越精确。如果千足金的纯度是0.999,那么实验室中高纯锗的要求是0.9后面有12个9。
然而,宇宙中每时每刻都有无数个不同的粒子穿过地球。如何筛选出暗物质粒子?一个字——拦!研究认为,暗物质的散射截面很小,如果有一张网,拦住其他较大的粒子,剩下的与探测器发生反应的就是暗物质粒子。
深埋在地下2400米的实验室,它上面的岩石足以拦住大部分的宇宙射线,但远远不够。为了去掉各种干扰信号,科研人员还为它设置了重重“盔甲”:半米的混凝土层、一米的聚乙烯屏蔽舱、20厘米的铅、10厘米的铜,层层屏蔽中子、伽马射线等辐射源。
2020年12月26日,锦屏深地核天体物理加速器成功出束。此后的4个月,科研团队取得多项核天体物理反应的世界纪录,标志着中国核天体物理实验研究跻身世界先进行列。目前,中国科学院院士、中国原子能科学研究院研究员柳卫平和团队,依托新建成的锦屏大设施,启动了第二批核天体物理实验。这些实验,将为解决太阳的金属性疑难和锂丰度缺失问题,提供关键线索。(作者系广东科学中心讲解员)