中國錦屏地下實驗室

中國首個極深地下實驗室——“中國錦屏地下實驗室”2010年12月12日在四川雅礱江錦屏水電站揭牌並投入使用，錦屏地下實驗室垂直岩石覆蓋達2400米，是目前世界岩石覆蓋最深的實驗室。它的建成標誌著中國已經擁有了世界一流的潔淨的低輻射研究平台，能夠自主開展像暗物質探測這樣的國際最前沿的基礎研究課題。目前，清華大學實驗組的暗物質探測器已經率先進入實驗室，並啟動探測工作，而2011年上海交通大學等研究團隊也進入這裡開展暗物質的探測研究。

中國錦屏地下實驗室即將擴建，將從4000立方米擴容到12萬立方米。2018年6月，中國暗物質實驗合作組利用一種國際首創的高純鍺探測系統，在一定範圍內將暗物質直接探測靈敏度提高到目前國際最高水平。

基本介紹

• 中文名：中國錦屏地下實驗室
• 時間：2010年12月12日
• 地點：四川雅礱江錦屏
• 類型：極深地下實驗

組成結構

“中國錦屏地下實驗室”利用為水電站修建的錦屏山隧道建成。其垂直岩石覆蓋達2400米，是目前世界上岩石覆蓋最深的地下實驗室。與其相比，位於義大利中部格蘭薩索山區的歐洲地下試驗室就像個遊戲室。在川藏群山下，粒子物理學家最頭痛的宇宙線的強度僅為格蘭薩索山區的1/200，為實驗提供了“乾淨”的環境。

連線設錦屏一級、錦屏二級水電站的17.6公里交通洞，上面是2500多米厚的山體岩石。這裡將成為研究所成立後首個實驗的開展地，專門“搜捕”暗物質。目前這裡是世界上最優越的探測暗物質的環境。

該實驗室利用的是當地建水電站時修的地下隧道，在其側面開挖長40米，寬、高各為6米的空間。因而與國外一些“脫胎”於礦井的地下實驗室相比，使用更為便利，埋深2500米的隧道，因為埋得越深，宇宙射線的干擾就越少。

地下實驗室是粒子物理和天體物理學等領域的暗物質探測研究、中微子實驗等重大基礎性前沿課題的重要研究場所。實驗室採用的高純鍺探測器，不但需要尖端技術還需大量資金投入。

技術原理

在宇宙學中，暗物質是指那些不發射任何光及電磁輻射的物質。人們只能通過引力產生的效應得知宇宙中有大量暗物質的存在。暗物質存在的最早證據來源於對球狀星系旋轉速度的觀測。現代天文學通過引力透鏡、宇宙中大尺度結構形成、微波背景輻射等研究表明：我們所認知的部分大概只占宇宙的4%，暗物質占了宇宙的23%，還有73%是一種導致宇宙加速膨脹的暗能量。

最初的辦法是天文觀測法，但是，卻無法解答“暗物質是什麼”。後來，人們又採取間接探測和直接探測的辦法。前者，是探測暗物質相互碰撞產生的普通物質粒子信號，一般通過地面或太空望遠鏡探測；後者，則是用原子核與暗物質碰撞，探測碰撞產生的信號。而在地面上，因為宇宙射線眾多，這些信號會對直接探測產生干擾，影響其鑑別能力。因此，地下實驗室的建成可幫助探測器“擋”去干擾，讓其“靜心”工作。

因為暗物質在宇宙中是一種頗有“個性”的粒子，它質量很大，但作用力卻微乎其微。“每天可能有幾萬億個暗物質穿過你的身體，但你卻感受不到，這是因為暗物質的散射截面很小。”專家為此打比方說，這就像一隻足球能被球網擋住，但是一個小鐵球就能穿網而過，這是因為它的截面比球網的格線要小。

探測方法

“從地面上開車大概20分鐘，就能到達地下實驗室。一旦儀器運行穩定後，他只需在地面上的辦公室監控探測器運行即可，而地下實驗室的所有數據也會傳送至地面，因而，科研人員無需24小時“守”著探測器。

清華大學、上海交大兩個實驗組已入駐地下實驗室，清華大學的暗物質探測器已經率先進入實驗室並啟動探測工作，而2011年上海交通大學等研究團隊也將進入這裡開展暗物質的探測研究。兩個實驗組的探測方式並不相同，上海交大將使用液氙探測器在此開展暗物質的直接探測，清華將採用低溫半導體開展探測。在這個過程中，每一個科學發現都將使人們對物質世界的認識更進一步。龔敏說，四川大學將與清華大學協作，加入暗物質研究課題。

選址原因

選址錦屏山隧道是因為錦屏山擁有垂直岩石覆蓋最大的地理優勢，該實驗室是從隧道的側面開挖出來的，長40米長，寬、高各為6米，深埋在地下，實際位於水平地面上。實驗室各種儀器設備探測器、通風設備等都很好，地下實驗室的所有數據都傳送至地面。

中國錦屏地下實驗室

研發進展

據資料顯示，美國、英國、法國、義大利、加拿大、日本等許多國家都已經建立起地下實驗室。早在去年，美國也在南達科塔州的黑山建立了一個深度約為2438米的地下實驗室。日本也在2010年10月在位於岐阜縣飛鰭市神岡礦山地下，建設了XMASS地下實驗室。英國一個深達350米的地下實驗室也於2010年4月份啟動使用。其目的都在於希望能夠成為在世界上最早發現暗物質的國家。

專家表示，粒子物理探求的是物質最深層次的奧秘。就像電被發明時，人們尚無法想像後來的電視、電腦。但無論如何，每一個科學發現都使人們對物質世界的認識更進一步。

最新訊息

2014年8月1日，清華大學與雅礱江流域水電開發有限公司在成都簽署共同建設“中國錦屏地下實驗室”二期工程的合作協定，正式決定啟動中國錦屏地下實驗室包括4組共8個實驗室及其輔助設施的二期建設再次令世界矚目。

中國暗物質實驗合作組於2010年起在中國錦屏地下實驗室開展暗物質直接探測研究，目前已經進行到了第二階段CDEX－10實驗，中國暗物質實驗合作組利用一種國際首創的高純鍺探測系統，在一定範圍內將暗物質直接探測靈敏度提高到目前國際最高水平。相關研究成果已線上發表於國際物理學頂級期刊《物理評論快報》。這項實驗成果是CDEX－10實驗的第一個物理成果。

長期從事暗物質理論研究的中國科學院理論物理研究所研究員周宇峰認為，此次中國暗物質實驗合作組（CDEX）利用獨特的高純鍺探測系統在4－5個千兆電子伏特能量範圍內給出暗物質自旋無關散射截面的最新上限，這是當前正式發表的該能區世界最好結果。

論文通訊作者、清華大學工程物理系教授岳騫介紹，高純鍺是一種純度非常高的半導體材料，國際上若干實驗組把高純鍺晶體作為靶材料和探測器進行暗物質直接探測實驗。