02.02 世界上最深最大的地下实验室

人类对于世界和宇宙的好奇心向来旺盛,对此建立了很多实验室来发现未知的奥秘。对于实验室而言大家想必都不陌生,但说起地下实验室很多人就知之甚少了。由于一些科学实验需要极为复杂的环境,而地表上又无法满足这些条件,于是科学家们就把眼光放到了地底,建立了地下实验室。这些实验室有各种各样的研究目的,在如今世界上现存的地下实验室中,中国的锦屏极深地下暗物质实验室,是世界上岩石覆盖最深也是最大的实验室,而它的主要研究目的,就是找到暗物质。

世界上最深最大的地下实验室

现代科学研究表明,宇宙中暗物质占全部物质总质量的80%以上。暗物质粒子无处不在,但人体却无知无觉。也只有最精密的仪器,才可能捕捉到它与原子核碰撞产生的微弱信号。暗物质最重要的一点是,它促成了宇宙结构的形成,可以说如果没有暗物质就不会形成星系、恒星和行星,也更谈不上今天的人类了。所以研究暗物质意义重大,价值非凡。如果暗物质的研究一旦有所突破,不仅将可能改变人类对于宇宙、天体形成和运动的认识,它还可以衍生和运用到更广的领域,例如,气候、能源等诸多世界级生存难题,甚至改变人类对原有的时间和空间的认识,那将是近几十年以来最为重要的物理学研究成果。

世界上最深最大的地下实验室

所以说到底,如果我们不了解暗物质的性质,就不能说了解了宇宙,也就不能把握人类的未来。现在已经知道的暗物质是中微子和黑洞。但是它们对暗物质总量的贡献是非常微小的,暗物质中的绝大部分还不清楚。所以还需要进一步去找到和研究暗物质的踪迹。

在地表,宇宙射线和生活辐射会严重干扰到暗物质的探测,即使有时候原子核与暗物质发生有效撞击,但碰撞产生的信号会因为这些干扰而无法被鉴别到。而在极低辐射的地下,可以最大程度地屏蔽宇宙射线等的影响,让探测器探测到有效的信号,让这个方法奏效。于是有志研究暗物质的各国都开始挖洞,建立自己的地下试验所。

由我国的高等学府——清华大学主持了这个工程,并与二滩公司进行了深度合作,终于建立了我国第一个“极深实验室”,它在世界上也尚数首例,更拿下了世界之最。我国科学家给它起了个好听的名字,叫做“中国锦屏极深地下暗物质实验室”。可能这样听起来有些太神秘,下面,就让小编来给大家讲一讲,这座实验室究竟有多厉害吧?

世界上最深最大的地下实验室

它代表着中国的实验室建设技术有了新的突破,而且,我国也将加入暗物质相关的研究项目,跟进前沿的科学领域。它深处地下2400米,建设难度可想而知。为何要如此费劲的将它建设在如此深的地方呢?这是因为在深处,可以拥有更“干净”的环境,这里的干净并非指的是空气,而是指的宇宙辐射。

对于暗物质来说,可能会受宇宙射线的影响,而在地表深处,宇宙射线量仅为表面的约亿分之一。同时,这里的环境也相对干净,没有什么多余的杂质。深为2400米的地方,就可以打造一个非常理想的环境,将其遮蔽在外。这是因为岩石材料的阻隔效果,要远比其他方法更好。

世界上最深最大的地下实验室

最早建立地下实验室的国家有美、英、法、意大利、加拿大、日本、印度、俄罗斯,且都取得重大的科研成果。从深度来说,意大利的国家格兰莎索实验室建造在地下1400米深处,美国的桑德福研究所位于地下1500米深处。而我国的棉屏山实验室建设于2010年,位于地下垂直深度2400米,是目前世界上岩石覆盖最深的实验室,也是观测环境最好的地下实验室。

世界上最深最大的地下实验室

▲中国锦屏地下实验室

地下实验室之所以有效,关键就在于岩石层。

评价一个地下实验室性能的最重要的参数,就是实验室的宇宙射线通量水平。通常在地面每秒每平方米大约有100多个宇宙射线,海拔越高,宇宙射线越高。而岩石的天然放射性特别低,锦屏实验室的垂直岩石覆盖厚度达2400多米,这个深度已经把宇宙射线屏蔽的含量很少了,不仅物理屏障,实验室还采用了人工屏蔽方法。在这种条件下获得的关于暗物质研究的数据,可以说是最准确权威的,也让我国的暗物质研究极具参考价值,走到了世界前列。

世界上最深最大的地下实验室

▲示意图

而这个实验室,不仅有我国的研究人员在工作,不少国外团队也申请将自己的科研项目整体移到锦屏地下实验室中。而其中的核心便是高纯锗探测器。听到这个名词,很多小伙伴都是一头雾水,实际上,通俗来讲,它就是一种捕捉暗物质的猎手,像是一张“网”一样。如果能够捕捉到它的身影,并加以利用和分析,定能为科学行业带来颠覆性的变化,因为它蕴含的能量远超人们的想象,或许能够成为新的能源方式。人们对于暗物质的期待还有很多,不过目前还仅仅是理论支持,更需要实验带来新的发现。

全文完,谢谢阅读。


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