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2023年12月08日

世界最深、最大的极深地下实验室锦屏大设施投入科学运行

在地下2400米解码深空奥秘

锦屏大设施实验室A1厅

位于中国锦屏地下实验室二期的粒子和天体物理氙探测实验PandaX-4T实验装置(资料照片)

12月7日,中国锦屏地下实验室二期极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施(简称“锦屏大设施”)土建公用工程完工,具备实验条件。这标志着世界最深、最大的极深地下实验室正式投入科学运行。首批来自清华大学、上海交通大学、北京师范大学、中国原子能科学研究院、中国科学院武汉岩土力学研究所等高校和科研院所的10个实验项目组进驻开展科学实验。

有何优势

“这正是梦寐以求的理想探测环境!”

锦屏大设施是中国锦屏地下实验室二期项目,位于四川省凉山彝族自治州锦屏山地下2400米处,总容积33万立方米,具备“极低环境氡析出”“极低环境辐射”“超低宇宙线通量”“超洁净空间”等多种优势。

在中国锦屏地下实验室建成前,国内科研院所大多只能租用国外实验室。中国科学家一直希望能够在国内建立一个自主地下实验平台,但要找到一个能够排除宇宙射线和环境辐射干扰的实验室,绝非易事。

转机发生在2008年,当时雅砻江锦屏山隧道贯通。清华大学工程物理系的研究员们看到2400米埋深的隧道不由得兴奋起来,“这正是梦寐以求的理想探测环境!”

在科学家眼里,这里的条件太优异了。据项目科研人员介绍,越深越能屏蔽辐射干扰,找到暗物质的机会越大,锦屏山隧道埋深2400米,隧道中部宇宙线通量约为地面的一亿分之一,提供了良好的暗物质探测环境。

研究什么

“重要目的之一是为了研究暗物质”

2014年,锦屏地下实验室二期项目获批国家重大科技基础设施,规划地下可用实验空间由原来的4000立方米增加到33万立方米。项目施工过程中,首创防水抑氡工艺、研发低本底设备材料,最大限度控制实验室辐射本底,打造“纯净”实验环境。随着二期锦屏大设施建成,中国锦屏地下实验室有望成为世界深地物理实验中心。

“锦屏大设施重要目的之一是为了研究暗物质。”实验室主任、北京师范大学党委书记程建平介绍,锦屏大设施作为粒子物理和核物理领域的“国之重器”,不仅为暗物质、中微子、核天体物理等前沿物理科学研究提供了极低辐射本底实验条件,还是一个开放共享的大科学装置,也为深地岩体力学、深地医学等深地科学提供了绝佳研究平台。未来,实验室将成为多学科交叉的世界级深地科学研究中心,助力国家科创平台“跨越式提升”。

国投集团雅砻江公司锦屏地下实验室管理局局长李名川说,在这里,研究内容不仅有暗物质、中微子探测、物品的辐射检测和辐射方面的职业健康研究等,也有细胞分裂、生殖发育、肿瘤免疫等医学研究,还有地震、岩石力学等研究,甚至芯片的封装也正在开展测试。“未来这里将形成开放共享实验平台,打造全球深地科学研究的前沿基地。”

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锦屏地下实验室产生多项高质量科研成果

锦屏地下实验室是我国开展暗物质研究的绝佳场所。2010年,中国锦屏地下实验室一期建成投运,成为世界最深地下实验室。实验室目前已开展了清华大学主导的高纯锗直接探测(CDEX)、上海交通大学主导的液氙直接探测(PandaX)等暗物质直接探测实验以及清华大学主导的锦屏中微子实验等,取得多项国际领先的科研成果,在较短时间内推动我国暗物质研究从无到有并达到国际先进水平。

中国锦屏地下实验室投运以来,高质量科研成果不断涌现,也培养了一大批杰出人才。已累计发表高水平论文120多篇,其中2篇《Nature》,23篇《物理评论快报》,一项成果获教育部2022年自然科学一等奖。培养6名“国家杰出青年科学基金获得者”、4名“国家优秀青年基金获得者”和1名“新基石研究员”。

成都日报锦观新闻记者 黄雪松

图据新华社

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