中国建“世界最深”实验室,位于四川地下2400米,里面在研究啥?
随着科学技术的不断发展,人们对各种物质的研究都逐渐获得了不少认知,世界各国基本都会拥有自己国家的研究实验室,用来专门研究那些特殊物质,而他们所处的位置往往也十分隐蔽且令人意想不到,这次中国就在2,400米的地下建造了一座世界最深的实验室,自打拥有了能够探寻宇宙的技术以来,人类就一直对遥远的宇宙虎视眈眈,望远镜的发明令人类可以亲眼见到神奇的宇宙空间,空间探测器卫星空间站和载人飞船等等尖端技术,推动了人类了解宇宙的速度,根据人类现有的技术,我们所能观测到的宇宙范围大概是在930亿光年左右,然而把地球放在宇宙就如同一个落入大海的沙里,无比渺小,在这片宇宙当中物质总质量有85%都是暗物质,而这个从来没有被人类所发现到的神秘暗物质,正是我国四川这个2,400米深的地下实验室所研究的内容。
暗物质是什么,相信很多人都闻所未闻,这种物质通俗地讲,就是那些既不发射光也不吸收和反射光的物质,由于暗物质还是属于物质范畴,因此和普通物质一样具有引力效应,暗物质问题最早在1933年由瑞士科学家解释天文观测的一些新现象时提出的,到目前为止,暗物质存在的多个科学证据都是由天文观测给出的科学家根据,天文观测数据和研究结果得出,暗物质质量约占宇宙物质总质量的80%到90%,而且分布在宇宙的各个角落,如此巨大的宇宙暗物质质量必定在物质起源和宇宙演化过程中扮演了重要的角色作用,研究和理解暗物质的本质将会影响和改变人类对于宇宙的认识,暗物质理论的正确性需要实验检验。
根据当前主要的暗物质理论模型和候选例子,暗物质实验探测方法主要分成直接探测紧接探测和加速器实验三大类,但无论哪一种探测方式,现代物理学的重大突破常常需要极端实验条件,极深地下实验室就是开展粒子物理与核物理天体物理学及宇宙学等领域重大基础,物理实验研究的重要设施,在2009年之前中国并没有自己的地下实验室,许多相关研究无法进行,或者只能跟国外开展合作,2009年我国在锦屏山隧道中间位置的地下2,400米处修建极深地下实验室,全世界正在开展粒子物理与核物理研究的地下实验室有十余个,其岩石覆盖厚度从数百米到2,000米以上,国际上一般把岩石覆盖超过2,000米的地下实验室称为锦屏实验室。
到2010年年底,中国锦屏地下实验,成功建成并投入使用,目前国际上只有两个正在开展粒子物理实验的深地实验室,中国锦屏地下实验室和加拿大斯诺实验室,加拿大斯诺地下实验室岩石覆盖达到了约2,100米,而中国锦屏地下实验室岩石覆盖厚度达到了2,400米,成了我国首个也是全球最深的地下实验室,值得一提的是,这个实验室也是世界上岩石覆盖最深的实验室,因此成为了国际一流的低辐射研究平台,能够对许多物质进行非常前沿的探测和研究,早在2003年,施工人员在锦屏大河湾修建水电站的时候,一位来自清华大学的老师从新闻上发现了锦屏大河湾的神奇之处,认为这个地方就是研究暗物质的绝佳场所。
从2010年开始该实验室正式运行后,经过了十年左右的慢慢寻找过程,虽然还无法掀开暗物质的真正面目,但是通过排除法,科学家们已经将暗物质的躲藏空间给不断收缩,距离发现它的踪迹已经不远了,而在这个过程当中相关的前沿领域也在不停的向前发展,需要进行的实验也不断增加,原本的4,000立方米的空间已经远远不能满足科学家们的需求,于是在国家的大力支持下,2014年锦屏地下室又继续扩充,在原本的实验室不远处开拓出了一个总容积30万立方米,且有着很多功能和分区的实验室,也许很多人不明白做个实验为何要到2,400米地下去,其实是因为核天体物理实验对实验环境要求高,在地球模拟宇宙恒星中间的核反应,如果在地面实施将会被大量来自宇宙的射线噪音所干扰,但在地下可将这些宇宙射线挡住,相当于在一个安静的房间中,锦屏实验室位于3,000米高的锦屏山之下,宇宙线粒子正好能被大量阻挡在上面,对于科学家研究暗物质有着非常重要的作用。
因为暗物质的探测难度太大了,它的声音也非常小,如果要找出它,首先就要把其他的杂质给去掉,不仅仅是宇宙线粒子,还有其他许多的物质,也因此锦屏地下实验室的暗物质探测器外度,有着六重厚厚的盔甲,除了岩石以外还有厚达50厘米的混凝土,其次是用1米的巨乙烯将大部分的中子阻挡在外,然后就是用20厘米的铅来拦住伽玛射线,再后来则是含硼聚乙烯,这是为了防止有一些灵活的中子从之前的阻拦中逃脱,对它进行的又一重防范,最后则是10厘米的铜,同样是为了阻挡外部射线,以及含硼聚乙烯的设计,等到这些物质穿过了重重阻碍和拦截来到终点,暗物质探测器的可能就剩下了对其毫无防备的暗物质。
科学家们希望能按照这种守株待兔的方式,将乖乖上门的暗物质捕捉到,这些科学家在地下实验室做实验,他们称感觉非常奇妙,开着车在地底下几千米,开上数十公里的隧道,仿佛是个时光隧道,最终到了大山深处,看到了迷你小宇宙,其实就是加速器,在这所看到信号被电子仪器放大,闪着微微的红光,仿佛能听到宇宙跳动的脉搏,我们的科研人员深入隧道,将自己置身一场黑暗中,以此来探求宇宙的奥秘,这一行动的终极目的是为了寻找重新认识宇宙的可能,将人类认知的边界推向更远的方向,建设科技强国就要瞄准世界科技前沿,从中国天眼到中国人造小太阳,再到锦屏山下的世界最深地下实验室,近年来,我国陆续启动了多项重大科技基础设施项目,为大型复杂的科学研究提供了必需的支撑,有了国家在重大科技基础设施的持续投入,有这些科学家们的默默坚守和付出,我们迈向未知世界的步伐才会更稳。
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