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-2400米!走進世界最深實驗室,尋找宇宙最神秘的信號

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  作為科學前沿熱點,暗物質吸引著世界上一批頂尖的科學家孜孜不倦地探索。在四川涼山彝族自治州雅礱江畔的大山中,有一個世界上埋深最大的實驗室,科研人員在2400米的巖石之下,日夜不停地追尋暗物質的痕跡。

  清華大學在讀博士生 徐銳:這就是我每天上班要經過的一個隧道,隧道全長大概17公里,里面比較暗,當看到前面有一片燈光的時候,就到實驗室了。

  清華大學工程物理系博士生徐銳,博士三年級。現在在CDEX暗物質實驗組做科研工作。因為所探測的暗物質是一個非常稀有的信號,需要一個更純凈的環(huán)境。在2400米深的地下,宇宙射線的通量可以減到地面上的千萬到億分之一的量級。現在工作就是努力把暗物質存在的可能區(qū)間進行縮小。

  暗物質是理論上提出的可能存在的一種“不可見”的物質,是宇宙物質的主要組成部分。到目前為止,世界上還沒有人真正捕捉到它。

  大家想象的可能是在2400米深的地下,需要坐電梯。其實并不是這樣的,實驗室在一個隧道里面,上面的山體有2400米的巖石覆蓋,每天可以直接坐車進去。

  實驗室房間的燈是長亮的,在里面做實驗,其實沒有白天黑夜,消失了時間的觀念。

  要進一步縮小暗物質可能存在的區(qū)間,徐銳在等待一個關鍵的“秘密武器”。

  凌晨5點,北京首都機場。徐銳的老師田陽,攜帶“秘密武器”,飛往四川西昌。

  清華大學工程物理系副研究員 田陽:應該是凌晨三點多一點起床,這個航班有個特點,到的時間比較早。中午吃完飯就直接下午進實驗室,這樣效率是最高的。

  國際上競爭比較激烈,論文文章早一個月和晚一個月,可能原來是第一,一個月之后別人就超越了。調試探測器,都有一個周期,積累到足夠的數據量了,往往還需要半年左右的時間,其實就得只爭朝夕了。

  落地四川西昌還需要開行2個小時山路

  因為我們擁有的探測器,國際上也能夠用同類的技術。但是,我們做到了靈敏度更高,就能夠取得一些在成果上的突破。國家探測暗物質,從跟隨逐漸到并跑,逐漸到未來,爭取到領跑的狀態(tài)。

  田陽老師新帶來了一塊電路板樣品,跟以前不一樣,新電路板樣品已經升級成聚四氟乙烯的了。

  清華大學工程物理系副研究員 田陽:這次過來就是急著把我們探測器的靈敏度再進一步提升,預期還能再提升一個數量級。研發(fā)階段,探測器不確定性就越大。這時候,可能就需要連續(xù)地做一些調試工作。

  清華大學在讀博士生 徐銳:我們實驗中最核心的裝置,就是暗物質探測器,大概一公斤重的圓柱體,我們在外面包裹了層層的屏蔽體。

  徐銳負責給探測器換上“秘密武器”,新的電路板能降低探測器部件的輻射水平。手套箱里充滿氮氣,可以最大限度保護暗物質探測器。

  清華大學工程物理系副研究員 田陽:主要的要求是有一定的心理素質,手要穩(wěn),關鍵時刻,也不能猶豫。我們也會放手把操作交給學生來進行。

  清華大學在讀博士生 徐銳:一個高純鍺探測器價值不菲,手上像抱著一輛跑車一樣。剛開始碰到探測器的時候,還是很激動。操作時間長了,心態(tài)也慢慢平靜下來,就像一個熟悉的朋友一樣。

  探測器電路板更換完成

  長時間在地下工作就像與世隔絕,不知外界春夏與冬秋,躲進小樓成一統這種感覺。對外界的一些干擾也會像我們屏蔽掉輻射一樣,一起都屏蔽掉。我們可以看到底下有幾個信號燈在閃爍,每當它閃爍一次的時候,就意味著探測器內又采集到了一個新事例。非常期待,可能就是我們所苦苦追尋的那個暗物質信號。

  目前錦屏地下實驗室二期正在建設,預計于2024年建成并投入運行,將成為世界最深、最大的地下實驗室。

  清華大學在讀博士生 徐銳:中國暗物質探測實驗起步是比較晚的,一開始甚至沒有自己的實驗場地,百尺竿頭更進一步,我們是站在了百尺竿頭。隨著錦屏設施的逐漸完善,可以說我們有世界上最好的實驗基地。

  清華大學工程物理系副研究員 田陽:通常我們比喻一期有點像一個套間,二期更像一個小區(qū),二期能夠容納的實驗規(guī)模會很大。在深地科學領域,會給國家?guī)砀蟮捏@喜。

  清華大學在讀博士生 徐銳:科研是需要坐冷板凳的功夫,我經常開玩笑說在這個地下2400米,是最深最冷的板凳。如果把這個冷板凳坐好,在這里從事所熱愛的、追求的事業(yè)。冷板凳也不冷,我們的內心其實是有熱情在的。

  物理學的前進,是一個時間比較長的過程,比如引力波,(科學家提出理論假設后)上百年之后才能探測到。所以需要耐心等待,說不定哪一天,峰回路轉、柳暗花明,突然就會有一個全新的物理學大廈出現在我們面前。

  點亮創(chuàng)新之燈 照亮科技強國之路

  燈光長亮的實驗室里沒有了時間的概念,但是信號燈的閃爍,是田陽和徐銳最為期待的瞬間。

  正是這樣日復一日地探索,才有了中國科技領域一個又一個關鍵核心技術的突破,一代又一代科研人員對科學真理的不懈追求,就像一盞盞燈,照亮了我國的科技事業(yè)。通過三盞燈,來感受中國科技的力量。

  第一盞燈,是拓展人類視野的瞭望之燈。“中國天眼”是目前世界上最大、最靈敏的單口徑射電望遠鏡。它的總面積有25萬平方米,相當于30個足球場的大小。有科學家這樣比喻,如果用這樣一個500米口徑的“大鍋”來做飯的話,全世界每個人至少可以分到兩碗。投用以來,科學家已經借助天眼發(fā)現了740多顆脈沖星。我國也在快速射電暴,這一繼引力波探測之后,天文學最重要的領域取得了一系列科研成果,在國際上從追趕實現了領跑。這盞瞭望之燈,拓展了人類觀察宇宙的視野,也成為中國科技自立自強的代表性工程。

  第二盞燈,是挑戰(zhàn)世界屋脊的探索之燈。在海拔5200米的珠峰大本營。青藏高原的冰層下封鎖著千萬年來氣候變化的蛛絲馬跡,被科學界稱為“天然實驗室”,也是無數科研人員向往的圣地。在去年的“巔峰使命”珠峰科考中,13名科考隊員頭頂探照燈,開啟了科考的“沖頂時刻”。最終在珠穆朗瑪峰北坡海拔8830米處,成功架設了世界上海拔最高的自動氣象站。一場意外的氣流,是否因為一只蝴蝶扇動了翅膀?未來我們也許可以在這里找到答案。巍巍珠峰之上,感受世界的呼吸。這盞探索之燈,讓我們站得更高,看得更遠。

  第三盞燈,是加速科技創(chuàng)新的希望之燈。目前,我國布局建設了77個國家重大科技基礎設施,其中34個建成運行,部分設施已經邁入全球第一方陣。2022年,我國全社會研究與試驗發(fā)展經費邁上3萬億元新臺階,連續(xù)七年保持兩位數增長。硬實力突破的同時,軟實力也在增強。中國科技人才隊伍持續(xù)壯大,研發(fā)人員總量連續(xù)9年位居世界第一。經過一代又一代中國科研人員的接力創(chuàng)新,相信未來會有萬盞希望之燈,照亮中國的科技強國之路。

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