楊三軍　薛晨　邢拓　尚文意　胥冰潔

深冬的四川省涼山彝族自治州，寒風(fēng)越過(guò)巍峨的錦屏山，吹打在雅礱江兩岸。在錦屏山地下2400米處，一座牽引科技創(chuàng)新的大科學(xué)裝置將助力科學(xué)家們?nèi)ヌ綄び钪妗拔⒐狻薄?/p>

2023年12月7日，來(lái)自清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校和科研院所的10個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組，入駐中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室二期極深地下極低輻射本底前沿物理實(shí)驗(yàn)設(shè)施（簡(jiǎn)稱“錦屏大設(shè)施”）。這標(biāo)志著世界最深、最大、最“純凈”的極深地下實(shí)驗(yàn)室正式投入科學(xué)運(yùn)行。

“天高地迥，覺(jué)宇宙之無(wú)窮”，從古至今每每談及宇宙，人類都充滿好奇和向往。

在浩瀚宇宙中，小到一粒塵埃，大到山川湖海、日月星辰，都是可見(jiàn)的物質(zhì)。暗物質(zhì)探測(cè)是這些年來(lái)科學(xué)領(lǐng)域的前沿研究。

20世紀(jì)30年代，瑞士天文學(xué)家弗里茨·茲威基通過(guò)大量天文學(xué)觀測(cè)和推導(dǎo)，首次提出暗物質(zhì)的猜想。所謂暗物質(zhì)是指人類肉眼看不到，且使用天文望遠(yuǎn)鏡和電磁學(xué)手段觀測(cè)都無(wú)法捕捉到的物質(zhì)。

“暗物質(zhì)研究是人類認(rèn)識(shí)和了解宇宙的新出發(fā)點(diǎn)?！鼻迦A大學(xué)工程物理系教授、CDEX暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)負(fù)責(zé)人岳騫告訴記者。

然而，暗物質(zhì)與普通物質(zhì)發(fā)生作用的概率極低，再加上無(wú)處不在的宇宙射線干擾，直接探測(cè)到它十分困難?！半y度就像在嘈雜的足球賽場(chǎng)尋找一根針掉落的聲音（暗物質(zhì)碰撞信號(hào)）?！眹?guó)投雅礱江公司錦屏地下實(shí)驗(yàn)室管理局局長(zhǎng)李名川說(shuō)。因此，一座能阻擋宇宙射線、實(shí)驗(yàn)環(huán)境輻射本底低的“純凈”實(shí)驗(yàn)室，成為探測(cè)暗物質(zhì)的必要條件。

早在2002年，清華大學(xué)就啟動(dòng)了暗物質(zhì)研究。由于當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)沒(méi)有實(shí)驗(yàn)條件，研究團(tuán)隊(duì)只能遠(yuǎn)赴韓國(guó)借用實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2008年8月，清華大學(xué)科研人員偶然看到“錦屏水電站兩條埋深2400米的隧道貫通”的新聞，認(rèn)為該隧道是絕佳的探測(cè)暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，便與雅礱江公司取得聯(lián)系，希望利用錦屏山隧道共建我國(guó)第一座地下實(shí)驗(yàn)室。雙方一拍即合。

2010年12月，錦屏地下實(shí)驗(yàn)室一期建成投運(yùn)，填補(bǔ)了我國(guó)深地實(shí)驗(yàn)室的空白。這座4000立方米的實(shí)驗(yàn)室上方被2400米厚的大理巖覆蓋，室內(nèi)宇宙射線通量?jī)H為地表的一億分之一。“純凈”的實(shí)驗(yàn)環(huán)境、便捷的交通、完備的基礎(chǔ)設(shè)施，為首批入駐的清華大學(xué)CDEX實(shí)驗(yàn)組和上海交通大學(xué)PandaX實(shí)驗(yàn)組開(kāi)展暗物質(zhì)探測(cè)提供了夢(mèng)寐以求的絕佳實(shí)驗(yàn)條件。

隨著實(shí)驗(yàn)室一期突破性成果不斷涌現(xiàn)，科研團(tuán)隊(duì)對(duì)實(shí)驗(yàn)空間的需求越來(lái)越大。2020年，可用空間達(dá)33萬(wàn)立方米的實(shí)驗(yàn)室二期項(xiàng)目開(kāi)工建設(shè)，并于2021年作為國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施被列入國(guó)家“十四五”規(guī)劃。

歷經(jīng)3年建設(shè)，如今的錦屏大設(shè)施已成為一個(gè)涵蓋粒子物理、核天體物理、宇宙學(xué)、生命科學(xué)、巖石力學(xué)等多學(xué)科交叉的世界級(jí)開(kāi)放共享實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，有望在暗物質(zhì)、中微子等物理研究前沿領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。

錦屏地下實(shí)驗(yàn)室上方是綿延百里的錦屏山，奔騰的雅礱江在此被山體阻擋，形成一個(gè)巨大的“幾”字彎。深地條件對(duì)科學(xué)研究是優(yōu)勢(shì)，對(duì)工程施工卻是難啃的“硬骨頭”。

沒(méi)有任何經(jīng)驗(yàn)可借鑒，錦屏地下實(shí)驗(yàn)室一、二期建設(shè)都是“摸著石頭過(guò)河”。錦屏山隧道是世界上埋深最深的隧道之一，建設(shè)過(guò)程中多次遭遇高壓大流量突涌水和巖爆，安全施工難度極大。經(jīng)過(guò)多輪科學(xué)論證和技術(shù)攻關(guān)，建設(shè)者最終解決了諸多難題，并在原有交通隧道基礎(chǔ)上先后擴(kuò)挖建成了一、二期實(shí)驗(yàn)室。

值得一提的是，實(shí)驗(yàn)室二期建設(shè)不僅極大拓展了實(shí)驗(yàn)空間，還兼顧工程和科學(xué)雙重屬性，確保極深地下實(shí)驗(yàn)室最“純凈”。

如何做到最“純凈”？建設(shè)者將實(shí)驗(yàn)室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)細(xì)分為四個(gè)指標(biāo)：極低氡氣濃度、極低環(huán)境輻射、超低宇宙線通量、超潔凈空間，開(kāi)創(chuàng)性地實(shí)施了多項(xiàng)創(chuàng)新工法。以防水抑氡技術(shù)為例，因巖體不斷釋放的氡氣會(huì)極大干擾深地實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)在11萬(wàn)平方米的洞室表面“涂”上10層、總厚度僅10厘米的特殊材料予以設(shè)防，“好比在洞室表面鋪一層薄薄的雞蛋殼”。工程完成后，經(jīng)實(shí)測(cè)圍巖釋放的氡氣含量99%被隔絕在實(shí)驗(yàn)空間外。

二期建設(shè)時(shí)期，錦屏大設(shè)施141項(xiàng)主要設(shè)備和建材的選用有極為嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)。為盡可能滿足科研要求，建設(shè)團(tuán)隊(duì)帶上圖冊(cè)，到全國(guó)各地聯(lián)系了數(shù)十家廠商尋求支持?！爱?dāng)時(shí)很多廠商反映‘工地遠(yuǎn)、用量小、產(chǎn)值低’，再加上輻射本底控制等聞所未聞的特殊要求，讓人望而卻步?！卞\屏地下實(shí)驗(yàn)室管理局工程技術(shù)部主任工程師李宏璧說(shuō)。

“好在一些充滿情懷的廠家愿意和我們共克技術(shù)難題。”李宏璧介紹，為尋找低本底砂石骨料，中建三局錦屏大設(shè)施Ⅱ標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理王偉牽頭組建項(xiàng)目物資保障攻堅(jiān)小組，走訪調(diào)研、地質(zhì)勘查8個(gè)省份，最終篩選出一家穩(wěn)定供應(yīng)商。

不少參與建設(shè)和科研的工作者將過(guò)去幾年形容為“螺螄殼里做道場(chǎng)、毛坯房里做實(shí)驗(yàn)”。有的工人因?yàn)樵陉幇党睗竦牡叵颅h(huán)境施工，患上風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎；有的因?yàn)樵诘叵鹿ぷ?，體內(nèi)缺乏維生素D……但這些困難都沒(méi)有難倒參建錦屏大設(shè)施的建設(shè)者們，他們不斷攻堅(jiān)克難。

暗物質(zhì)和暗能量被科學(xué)家們比作“籠罩在21世紀(jì)物理學(xué)天空中的兩朵烏云”。為了不知何時(shí)才能閃現(xiàn)的一道“微光”，我國(guó)科學(xué)家從未停下探尋的腳步。

探測(cè)暗物質(zhì)是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)性項(xiàng)目，各國(guó)都在發(fā)力，時(shí)不我待。錦屏大設(shè)施建設(shè)正酣時(shí)，上海交大、中國(guó)原子能科學(xué)研究院等科研團(tuán)隊(duì)同步在施工現(xiàn)場(chǎng)的“裸洞”里潛心實(shí)驗(yàn)。“現(xiàn)階段液氙探測(cè)暗物質(zhì)在國(guó)際上競(jìng)爭(zhēng)激烈，我們要分秒必爭(zhēng)。”P(pán)andaX團(tuán)隊(duì)的李帥杰說(shuō)。

歷經(jīng)3年建設(shè)，如今的錦屏大設(shè)施已成為一個(gè)涵蓋粒子物理、核天體物理、宇宙學(xué)、生命科學(xué)、巖石力學(xué)等多學(xué)科交叉的世界級(jí)開(kāi)放共享實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，有望在暗物質(zhì)、中微子等物理研究前沿領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。

埋頭苦干換來(lái)豐碩成果。十多年間，我國(guó)科學(xué)家在《自然》等權(quán)威學(xué)術(shù)期刊累計(jì)發(fā)表論文120多篇，一項(xiàng)成果獲2022年度教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)，6人獲得國(guó)家杰出青年基金。

2021年初，中國(guó)原子能科學(xué)研究院在3個(gè)多月時(shí)間內(nèi)，完成錦屏深地核天體物理實(shí)驗(yàn)，研究成果在2021年中國(guó)科學(xué)院第二十次院士大會(huì)上，被列為“戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域取得新跨越”成果之一。我國(guó)也因此成為世界上第三個(gè)具備開(kāi)展深地核天體物理研究的國(guó)家。

“不管最終能否找到暗物質(zhì)，我們現(xiàn)在踏出的每一步都是在探索未知邊界，每往前走一小步都是一個(gè)巨大的進(jìn)步。”上海交通大學(xué)教授、PandaX實(shí)驗(yàn)發(fā)言人劉江來(lái)說(shuō)。

清華大學(xué)CDEX實(shí)驗(yàn)組邊實(shí)驗(yàn)邊創(chuàng)新，完成了高純鍺探測(cè)器的更新迭代，并在籌建噸級(jí)探測(cè)器；上海交大PandaX實(shí)驗(yàn)組液氙探測(cè)器也實(shí)現(xiàn)了更新升級(jí)，未來(lái)計(jì)劃建設(shè)30噸級(jí)甚至更大的探測(cè)器。

“中國(guó)已經(jīng)在向科學(xué)大國(guó)邁進(jìn)，基礎(chǔ)研究投入持續(xù)增加，對(duì)科研工作者來(lái)講是幸運(yùn)的。”錦屏大設(shè)施工程指揮部副總指揮、清華大學(xué)工程物理系教授李元景感嘆道。

“追光”之路，注定道阻且長(zhǎng)。作為國(guó)之重器，錦屏大設(shè)施會(huì)承載更多深地實(shí)驗(yàn)。一批批科研工作者將以此為起點(diǎn)，去擁抱浩瀚星海，為人類未來(lái)打開(kāi)更加廣袤的空間。

◎ 來(lái)源|新華社