02.02 世界上最深最大的地下實驗室

人類對於世界和宇宙的好奇心向來旺盛,對此建立了很多實驗室來發現未知的奧秘。對於實驗室而言大家想必都不陌生,但說起地下實驗室很多人就知之甚少了。由於一些科學實驗需要極為複雜的環境,而地表上又無法滿足這些條件,於是科學家們就把眼光放到了地底,建立了地下實驗室。這些實驗室有各種各樣的研究目的,在如今世界上現存的地下實驗室中,中國的錦屏極深地下暗物質實驗室,是世界上岩石覆蓋最深也是最大的實驗室,而它的主要研究目的,就是找到暗物質。

世界上最深最大的地下實驗室

現代科學研究表明,宇宙中暗物質佔全部物質總質量的80%以上。暗物質粒子無處不在,但人體卻無知無覺。也只有最精密的儀器,才可能捕捉到它與原子核碰撞產生的微弱信號。暗物質最重要的一點是,它促成了宇宙結構的形成,可以說如果沒有暗物質就不會形成星系、恆星和行星,也更談不上今天的人類了。所以研究暗物質意義重大,價值非凡。如果暗物質的研究一旦有所突破,不僅將可能改變人類對於宇宙、天體形成和運動的認識,它還可以衍生和運用到更廣的領域,例如,氣候、能源等諸多世界級生存難題,甚至改變人類對原有的時間和空間的認識,那將是近幾十年以來最為重要的物理學研究成果。

世界上最深最大的地下實驗室

所以說到底,如果我們不瞭解暗物質的性質,就不能說了解了宇宙,也就不能把握人類的未來。現在已經知道的暗物質是中微子和黑洞。但是它們對暗物質總量的貢獻是非常微小的,暗物質中的絕大部分還不清楚。所以還需要進一步去找到和研究暗物質的蹤跡。

在地表,宇宙射線和生活輻射會嚴重干擾到暗物質的探測,即使有時候原子核與暗物質發生有效撞擊,但碰撞產生的信號會因為這些干擾而無法被鑑別到。而在極低輻射的地下,可以最大程度地屏蔽宇宙射線等的影響,讓探測器探測到有效的信號,讓這個方法奏效。於是有志研究暗物質的各國都開始挖洞,建立自己的地下試驗所。

由我國的高等學府——清華大學主持了這個工程,並與二灘公司進行了深度合作,終於建立了我國第一個“極深實驗室”,它在世界上也尚數首例,更拿下了世界之最。我國科學家給它起了個好聽的名字,叫做“中國錦屏極深地下暗物質實驗室”。可能這樣聽起來有些太神秘,下面,就讓小編來給大家講一講,這座實驗室究竟有多厲害吧?

世界上最深最大的地下實驗室

它代表著中國的實驗室建設技術有了新的突破,而且,我國也將加入暗物質相關的研究項目,跟進前沿的科學領域。它深處地下2400米,建設難度可想而知。為何要如此費勁的將它建設在如此深的地方呢?這是因為在深處,可以擁有更“乾淨”的環境,這裡的乾淨並非指的是空氣,而是指的宇宙輻射。

對於暗物質來說,可能會受宇宙射線的影響,而在地表深處,宇宙射線量僅為表面的約億分之一。同時,這裡的環境也相對乾淨,沒有什麼多餘的雜質。深為2400米的地方,就可以打造一個非常理想的環境,將其遮蔽在外。這是因為岩石材料的阻隔效果,要遠比其他方法更好。

世界上最深最大的地下實驗室

最早建立地下實驗室的國家有美、英、法、意大利、加拿大、日本、印度、俄羅斯,且都取得重大的科研成果。從深度來說,意大利的國家格蘭莎索實驗室建造在地下1400米深處,美國的桑德福研究所位於地下1500米深處。而我國的棉屏山實驗室建設於2010年,位於地下垂直深度2400米,是目前世界上岩石覆蓋最深的實驗室,也是觀測環境最好的地下實驗室。

世界上最深最大的地下實驗室

▲中國錦屏地下實驗室

地下實驗室之所以有效,關鍵就在於岩石層。

評價一個地下實驗室性能的最重要的參數,就是實驗室的宇宙射線通量水平。通常在地面每秒每平方米大約有100多個宇宙射線,海拔越高,宇宙射線越高。而岩石的天然放射性特別低,錦屏實驗室的垂直岩石覆蓋厚度達2400多米,這個深度已經把宇宙射線屏蔽的含量很少了,不僅物理屏障,實驗室還採用了人工屏蔽方法。在這種條件下獲得的關於暗物質研究的數據,可以說是最準確權威的,也讓我國的暗物質研究極具參考價值,走到了世界前列。

世界上最深最大的地下實驗室

▲示意圖

而這個實驗室,不僅有我國的研究人員在工作,不少國外團隊也申請將自己的科研項目整體移到錦屏地下實驗室中。而其中的核心便是高純鍺探測器。聽到這個名詞,很多小夥伴都是一頭霧水,實際上,通俗來講,它就是一種捕捉暗物質的獵手,像是一張“網”一樣。如果能夠捕捉到它的身影,並加以利用和分析,定能為科學行業帶來顛覆性的變化,因為它蘊含的能量遠超人們的想象,或許能夠成為新的能源方式。人們對於暗物質的期待還有很多,不過目前還僅僅是理論支持,更需要實驗帶來新的發現。

全文完,謝謝閱讀。


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