实验室在2400米的地下是一种怎样的体验?

 公司动态     |      2022-04-04 00:31
本文摘要:泉源:清华研读间编者按在清华,有着种种各样的实验室,在2000公里之外神秘的大凉山下的CJPL中国锦屏地下实验室,已经不声不响地摘得了世界最深实验室的桂冠。实验室正在建设「极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施」,还承载着探测笼罩在21世界物理学界头顶的「乌云」——暗物质——的重要功效。中国锦屏地下实验室纪实短片清华最「洁净」的实验室暗物质(dark matter)是指宇宙中不发光的物质。天体物理、宇宙学和粒子物理研究讲明,约85%的宇宙物质质量是由只有引力孝敬的暗物质组成。

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泉源:清华研读间编者按在清华,有着种种各样的实验室,在2000公里之外神秘的大凉山下的CJPL中国锦屏地下实验室,已经不声不响地摘得了世界最深实验室的桂冠。实验室正在建设「极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施」,还承载着探测笼罩在21世界物理学界头顶的「乌云」——暗物质——的重要功效。中国锦屏地下实验室纪实短片清华最「洁净」的实验室暗物质(dark matter)是指宇宙中不发光的物质。天体物理、宇宙学和粒子物理研究讲明,约85%的宇宙物质质量是由只有引力孝敬的暗物质组成。

它「极为腼腆」,不跟一般人打招呼,所以至今为止,世界上还没有实验找到过它。「腼腆」的暗物质找到腼腆的暗物质粒子,面临的最大挑战是缔造「洁净」的实验情况。

污染实验的噪声来自宇宙辐射和情况辐射。其中,来自宇宙的高能射线缪子能量漫衍广、穿透性强,要么花费重金使用几米厚的铅板做屏蔽,要么在天然掩体中举行实验。世界各地的科学家纷纷选择钻入地下,在最深的洞里用最敏捷的探测器望向遥远的宇宙。

在21世纪初,清华大学工程物理系的老师们也在研究暗物质,他们在国际上最早提出了高纯锗丈量暗物质的方案,但因为没有合适的实验条件,被美国的一个团队率先开启了。而其时,工物系的老师们只能通过与韩国等外洋地下实验室互助的方式举行研究。极深地下实验室成为了基础物理前沿研究的一个卡脖子问题。工物系老师们在到场研究的同时,他们也在寻觅合适的所在。

他们去过河北的金矿寻找过「金子」,也去过东北的煤矿找「矿」,还到秦岭的隧道,但总是无功而返。直到2008年奥运会开幕式,清华大学工程物理系博士生导师、首席研究员岳骞教授在开幕式的新闻下方看到了一则转动消息——锦屏水电站的交通隧道顺利竣工,深度到达2400米。

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踏破铁鞋无觅处,得来全不费功夫。工物系老师十分激动,连忙着手联系水电站的事情。他们用了2400米的山体屏蔽宇宙射线,造了一米厚的聚乙烯屋子,运来放射性含量最少的波兰铅,在锦屏找到本底最低的水泥,买了比24K黄金还要纯100倍的6N(99.9999%)铜,想尽一切措施来降低情况本底。2400米地下的聚乙烯屋子2010年底,实验室投入使用。

2013年,由清华大学主导的高纯锗直接探测互助组(CDEX)揭晓了中国第一个自主暗物质研究结果,研究水平到达国际第一阵营。2014年,互助组又获得了一个重量级结果——10GeV以下能区里同类探测器最敏捷的实验效果,确定性地清除了美国CoGeNT实验组多年来宣称的暗物质存在区域。在较短的时间内使我国暗物质直接探测实验从无到有,研究水平到达国际先进,由「跟跑」酿成「并跑」。2014年,清华大学与雅砻江流域水电开发有限公司签署协议,配合建设「中国锦屏地下实验室」二期工程,将地下可用实验空间由原来的4000立方米增加到30万立方米。

2019年7月,在「极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施」启动仪式上,清华大学校长邱勇在致辞中指出,清华大学与雅砻江流域水电开发有限公司在2009年签署了互助协议,「十年磨一剑」,这把科研宝剑仍在铸造历程中,但它的光线已经开端显现,相信实验室未来将会取得越发耀眼的结果。今后,清华有了全世界最「洁净」的实验室。清华博士在深山里的「清修」生活早上七点起床进洞做实验,调试、检查仪器设备,出洞后就在办公室处置惩罚研究数据,早午晚三餐纪律饮食——这里没有大型超市,过了饭点就没有食物。

快递需要寄到西昌市区,再托付司机出山取回来。说话的人就是办公室里一起值班的几个同学,聊到厥后,就会无话可说。「你什么时候拿诺贝尔奖?」在洞里做实验的博士生在先容完自己的实验后,总会被问到这个问题。

但对于他们而言,听起来高峻上的实验,日常不外是进洞添加液氮,调试探测器,收集数据的琐碎生活。实验室博士生用氮气吹头发在枯燥的实验中,他们也缔造了自己的小小兴趣。

加液氮的时候用排挤来的氮气吹一吹头发,做一个无人可见的造型;比一比谁的力气最大,能又快又好地合上探测仪器……在实验之外,生活更是「富厚多彩」。偶然他们从当地农户手上买到土生土长的小猪肉,就在屋顶架起火盆,烤起小猪肉改善伙食。乘着夜色未深,山风微拂,就着江景,大快朵颐,暂时忘记庞大的实验数据与神秘的宇宙星空。

等到松茸的收获季节,实验之余他们还随着当地人上山采蘑菇。爬山技术不足的他们上山手脚并用,下山也得手脚并用倒退着下来。讲述爬山的故事对好玩「上瘾」的研究者人对好玩的事物会上瘾,差别人对好玩的界说也千差万别,有的人对游戏,有的人对探险,也有的人对探索未知上瘾。

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清华大学工程物理系研究员李荐民说:「在那么深的洞里要想尽一切措施,把所有的噪声降到最低,研究人员以为这个太好玩了。」这群对暗物质研究上瘾的老师、学生,在最深的洞里安平静静地做着研究,他们等候着这最弱的一束光。2018年CDEX互助组揭晓了4-5GeV能量区间其时国际最好的暗物质探测敏捷度实验效果。2019年10月,使用CDEX-1B实验系统运行四年获得的实验数据,互助组又对百兆电子伏特质量区域的轻暗物质给出了国际上暗物质直接探测的最好效果。

如今,锦屏地下实验室二期项目,「极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施」项目已经启动建设,与当前国际上现在容积最大的意大利LNGS地下实验室、当前国际最深的加拿大SNO地下实验室相比,中国锦屏地下实验室岩石笼罩最深、宇宙线通量最小、实验空间最大,而且具备交通便捷、电力及水源富足、基础设施完备等优势,有望成为世界深地物理实验的中心。锦屏山风景未来,实验室将面向深地重大基础前沿研究,开展暗物质直接探测实验、无中微子双贝塔衰变实验,以及核天体物理领域关键核素合成历程和恒星演化等基础科学前沿研究。

清华大学锦屏地下实验室也将等候更多学生走进锦屏,耐住寥寂,找到那一束光。


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