中国锦屏地下实验室升级成为国家重大科技基础设施项目

　　分量更足

　　重大科技基础设施项目是为建设探索未知世界、发现自然规律、实现技术变革提供极限研究手段的大型复杂科学研究系统

　　近年来我国启动建设的国家重大科技基础设施项目主要有中国锦屏地下实验室、中国天眼、中国人造小太阳、正负电子对撞机等领域更广

　　中国锦屏地下实验室在地下放置暗物质探测器，使我国暗物质直接探测实验从无到有，研究水平达到国际先进

　　未来还将研究太阳中微子的活动，同时项目将建设一个近零宇宙线本底的地下辐射计量平台等

　　距离西昌卫星发射中心不到80公里，是雅砻江锦屏水电站。这两个地方，一个上天，1984年发射中国第一颗通信卫星；一个入地，2010年建成我国首个极深地下实验室，也是世界最深的极深地下实验室。

　　7月20日，中国锦屏地下实验室正式启动国家重大科技基础设施项目建设。自此，这个藏身于锦屏山腹部的隧道中部，垂直岩石覆盖达2400米的实验室，将实现诸多提升，未来不仅是寻找暗物质，还将研究太阳中微子的活动，并推动海洋科学、材料科学、环境科学、生物学等交叉领域的研究。

　　“星辰大海”的征途，自此开始。

　　层层防护的暗物质探测器，就藏身在这两扇门后。

　　升级意味什么？

　　从校企合作转变为国家平台，为我国相关重大基础前沿物理问题研究提供平台支撑

　　进入17.5公里长的锦屏山隧道，就像进入了一个洞穴迷宫。穿过一个又一个洞穴，在隧道中央，中国锦屏地下实验室到了。

　　这个垂直岩石覆盖达2400米的实验室早在2010年就已投运，此次升级成为国家重大科技基础设施项目并启动建设，意味着什么？

　　省发展改革委相关负责人介绍，“十三五”期间10个国家重大科技基础设施项目获批优先布局，中国锦屏地下实验室项目是其中之一。重大科技基础设施项目是为建设探索未知世界、发现自然规律、实现技术变革提供极限研究手段的大型复杂科学研究系统，近年来我国启动建设的国家重大科技基础设施项目主要有中国天眼、中国人造小太阳、正负电子对撞机等。

　　“中国锦屏地下实验室建设之初采用的是校企合作的方式。”雅砻江流域水电开发有限公司相关负责人说，正式启动国家重大科技基础设施项目建设，意味着将从校企合作转变为国家平台，为我国粒子物理和核物理领域的重大基础前沿物理问题研究提供平台支撑。升级成为国家平台之后，国家将投入超过10亿元资金，雅砻江公司还将配套5000万元用于项目建设。

　　“熊猫计划”暗物质探测研究实验设备。

　　研究成果如何？

　　暗物质直接探测实验从无到有，研究水平由“跟跑”变“并跑”

　　清华大学中国锦屏地下实验室项目组研究人员景明坤已经在深山峡谷中待了3年多。“并不觉得枯燥，研究本身就很有乐趣。”景明坤的话，道出10多位驻扎锦屏一线的研究人员心声。

　　2010年，中国锦屏地下实验室投用后，两个实验组进驻，分别是清华大学主导的CDEX实验组、上海交通大学牵头组织的PandaX实验组，他们的主要研究对象是暗物质。

　　目前，暗物质探测方法大体分为“上天”“入地”和“人造暗物质”3种。中国锦屏地下实验室探测暗物质的方法属于“入地”——在地下放置暗物质探测器，等待暗物质撞上来。“简单来说就是‘守株待兔’。”景明坤说，探测器可以记录下所有与它产生碰撞的信号，如果探测到与普通物质不同的信号，那么就有可能是暗物质，“我们在等待一次载入史册的碰撞。”

　　经过这些年的研究，两个实验组都取得了一系列成果，尽管没能直接探测到暗物质，但是通过排除法缩小了探测范围，使我国暗物质直接探测实验从无到有，研究水平达到国际先进，由“跟跑”变为“并跑”。

　　正在建设中的中国锦屏地下实验室二期。

　　将有哪些新研究？

　　不仅是暗物质探测，还将推动海洋科学、材料科学、环境科学、生物学等研究

　　“这么好的条件，这么干净的环境，这样的地下实验室在世界上绝无仅有。”对于升级，中国锦屏地下实验室元老、清华大学工程物理系研究员岳骞颇为欣慰，他告诉记者，一定会利用好建设国家平台的优势，推动研究加速实现突破。

　　经过二期扩建，中国锦屏地下实验室可用空间由之前的4000立方米增加到30万立方米，这将为更大规模的研究提供空间。对清华大学来说，目前放置的暗物质探测器为10公斤量级的高纯锗阵列，二期投运之后，将采用1吨量级的高纯锗阵列，是目前的100倍。“这将极大加速发现暗物质的时间，缩小发现暗物质的范围。”景明坤说。

　　不光是实验室面积的扩大，还将实现研究范围的扩大。中国锦屏地下实验室项目相关负责人表示，不仅是暗物质，未来还将研究太阳中微子的活动，同时项目将建设一个近零宇宙线本底的地下辐射计量平台，推动海洋科学、材料科学、环境科学、生物学等交叉领域的研究，为这些学科领域提供国际一流的交叉创新平台。

　　相关研究人员补充，有农业方面的专家希望能在地下实验室开展种植，研究与地面种植的不同；四川大学华西医院也有意在地下实验室开展深地医学相关研究。(记者 李欣忆)

　　实地探访

　　暗物质探测器足足有六层防护

　　发现并研究暗物质，可能引发物理学的革命。但由于暗物质的声音实在太小，探测难度极大。有专家打比方说，就好像在人声鼎沸的体育场里看比赛，还要听清一根针掉落的声音。因此要想探测它，需要把周围的干扰物质去掉。这些干扰物质包括宇宙线粒子、中子、伽马射线等。

　　进入中国锦屏地下实验室，穿过几道铝合金门之后，一个神秘的空间展现眼前。清华大学工程物理系研究员岳骞介绍，中国锦屏地下实验室隐藏在山体下，巨大的岩层成为宇宙线的天然屏障，宇宙线通量为地面宇宙线通量水平的亿分之一，可以屏蔽大量的宇宙线粒子。

　　但这还不够，为了进一步去掉干扰物质，这个神秘空间设置了重重的防护“盔甲”。除第一层天然岩石屏障外，第二层浇筑了50厘米厚的混凝土；第三层放置了1米厚的聚乙烯，用于屏蔽中子；第四层为20厘米厚的铅房子，用于屏蔽伽马射线；第五层为20厘米厚的含硼聚乙烯，用于吸收热中子；第六层为10厘米厚的铜房子，用于屏蔽外部铅和含硼聚乙烯的伽马射线。

　　重重“盔甲”保护之下，最里面的就是暗物质探测器了。暗物质探测器需要零下196摄氏度的工作环境，因此空间内将不断注入液氮。

　　暗物质探测器所探测到的信号全部记录下来之后，清华大学在北京后方的暗物质实验室将同步分析数据，开展相关研究。(记者 李欣忆)

　　名词解释

　　暗物质

　　我们能看到的普通物质在整个宇宙中只占不到5%。剩下95%的都看不到，科学家们称为暗物质和暗能量。人类关于暗物质的研究可以追溯到80多年前，天文学家意识到，星系中恒星的运动速度实在是太快了，如果不是因为什么神秘的力量抓住了它，它们很有可能飞出去。但暗物质一直是个谜，抓取难度很大，到目前为止，世界上也没有人真正捕捉到它。

　　大事记

　　●2009年5月

　　清华大学与雅砻江流域水电开发有限公司签订战略合作协议，启动中国锦屏地下实验室建设。

　　●2010年12月

　　中国锦屏地下实验室正式投入使用，标志着我国首个极深地下实验室、世界最深的极深地下实验室正式建成。

　　●2014年8月

　　清华大学与雅砻江流域水电开发有限公司签署协议，决定共同建设中国锦屏地下实验室（二期）项目。

　　●2016年

　　中国锦屏地下实验室（二期）项目被列入国家重大科技基础设施“十三五”规划。

　　●2018年12月

　　国家发展改革委正式批复国家重大科技基础设施建设项目“极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施”可行性研究报告。

　　●2019年7月

　　中国锦屏地下实验室正式启动国家重大科技基础设施项目建设。

　　世界极深实验室排名

　　●2400米

　　中国锦屏地下实验室，岩石覆盖厚度达2400米

　　●2300米

　　美国在建的杜赛尔二期地下实验室，岩石覆盖厚度达2300米

　　●2000米

　　加拿大的斯诺地下实验室，岩石覆盖厚度约2000米

　　●1700米

　　法国摩丹地下实验室，岩石覆盖厚度约1700米

　　●1400米

　　意大利格兰萨索地下实验室，岩石覆盖厚度约1400米

　　●1100米

　　英国的伯毕地下实验室，岩石覆盖厚度达1100米

　　●1000米

　　日本神岗地下实验室，岩石覆盖厚度达1000米

　　●700米

　　韩国襄阳(Y2L)地下实验室，岩石覆盖厚度约700米

　　●600米

　　美国苏丹地下实验室，岩石覆盖厚度约600米