地下2400米国之重器投入运行！世界最深、最大深地实验室为何在锦屏？

12月7日，中国锦屏地下实验室二期极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施（简称锦屏大设施）土建公用工程完工，具备实验条件。这标志着世界最深、最大的极深地下实验室正式投入科学运行。

首批来自清华大学、上海交通大学、北京师范大学、中国原子能科学研究院、中国科学院武汉岩土力学研究所等高校和科研院所的10个实验项目组进驻开展科学实验。

新华社视频截图

科学家为什么要千方百计“抓到”暗物质？

暗物质——虽然从未被“看见”，但天文学的各种观测数据都表明了它的存在。自20世纪30年代开始，科学家们在猜想和不断观测中发现，暗物质广泛分布在宇宙的各个角落，约占整个宇宙物质质量的85%，在物质起源和宇宙演化过程中具有十分重要的地位。

天体物理学研究发现，在浩瀚的宇宙空间里，我们能够观测到的发光星体（包括发射X射线、γ射线的星体）的质量仅仅只是宇宙空间里物质总质量的一小部分。宇宙膨胀行为的研究表明：宇宙的密度由约4.9%的普通物质，26.8%暗物质和68.3%的暗能量组成。这种视而不见又确实存在的东西到底是什么？科学家们姑且称之为暗物质和暗能量。

更严格地讲，就是不参与电磁相互作用和强相互作用，但是参与引力相互作用的不可见物质。

虽然，人们早已经猜测到暗物质可能存在，但一直以来从未明确探测到暗物质粒子。暗物质带来的问题也因此被认为是“笼罩在当前物理学天空中的乌云”。

由于暗物质既不发光，也不参与电磁作用，人们目前只能通过引力产生的效应感受到暗物质的存在，为此，中国建立了首个极深地下实验室——“中国锦屏地下实验室”。

据清华大学工程物理系教授、中国锦屏地下实验室物理科学部主任岳骞介绍，做暗物质研究是重大基础前沿课题，主要实验研究方法包括探测暗物质湮灭产物的间接探测(上天)、暗物质与物质直接散射的直接探测(入地)、产生暗物质的对撞机(人造)三种。锦屏地下实验室便是属于“入地”的研究方式。

这是7月4日拍摄的中国锦屏地下实验室二期C厅洞壁上的防水抑氡层。该防水抑氡层有10厘米厚，可以有效防止岩洞内地下水的渗透以及抑制岩层内的有害气体氡气扩散。新华社记者 金立旺 摄

2400米极深地下，追寻宇宙“魅影”

锦屏山是位于金沙江第一大支流——雅砻江流域内的一座大山，顶峰海拔4410米。中国锦屏地下实验室就位于全长约17.5公里的锦屏山隧道中间位置，岩石垂直埋深达2400米。

2010年12月12日，“中国锦屏地下实验室”正式揭牌。作为我国首个暗物质实验室，也是世界上最深、最大、综合配套设施最好的地下实验室，其空间相当于8艘中型航母的排水量，埋深相当于近5个上海世贸大厦高，实验室内部的宇宙射线通量约为地面的亿分之一。在这样的极特殊环境下，锦屏地下实验室利用山体的厚岩层阻挡宇宙射线的干扰，为暗物质实验提供了十分“干净”的测试环境。

这是7月4日拍摄的中国锦屏地下实验室所在的锦屏山交通隧道口以及旁边的雅砻江（无人机照片）

2012年，清华大学领导的CDEX实验组在锦屏地下实验室里获得了第一批宝贵的数据，并展开了数据分析。2013年，实验组的首个研究成果就发表在国际权威物理期刊《物理评论D》(Physical Review D)上，这是我国第一个自主开展暗物质实验研究的物理结果，更为可喜的是，该实验成果对低质量区暗物质粒子的探测灵敏度达到了国际一流水平，确立了CDEX实验组在国际暗物质探测领域内第一阵营的地位，这极大地提升了我国在暗物质这一重大基础前沿研究领域的研究水平和国际影响力。

目前，地下实验室已具备“极低环境辐射”“超低宇宙线通量”“超洁净空间”等方面的优势。除了暗物质探测实验研究以外，锦屏大设施还将开展包括中微子物理、核天体物理、岩石力学等领域的研究，今后将发展成涵盖宇宙学、生命科学、岩石力学等多学科交叉的世界级深地科学研究中心，助力国家科创平台“跨越式提升”。

暗物质探测、核天体物理、中微子实验……这些前沿基础科学研究将为人类认识宇宙和文明进步带来革命性的突破。我们期待这座山体里的洞室，在未来打开更多可能。

综合来源：新华社、人民日报、中国锦屏地下实验室官网、国投在线等