最深的地下實驗室

為什么要在地下那么深的地方建造實驗室

揭開暗物質和暗能量之謎，將是人類認識宇宙的一次重大飛躍，可能導致一場新的物理學革命。為此，需要探測暗物質和暗能量的眾多實驗裝置，其中就包括地下實驗室。這種特殊的實驗室還能幫助地質學家和生態學家解決許多問題。

實驗需要最“干凈”的環境。這里的“干凈”，是指輻射最少、雜質最少。所以盡量遮蔽住宇宙射線，而用巖石阻擋是好辦法。

為了讓實驗室變得更“干凈”，工作人員還對環境進行了特殊的包裝。實驗室外層是1米厚的聚乙烯材料，用于阻攔和吸引中子；然后是20厘米厚的鉛層，用于屏蔽外部的伽馬射線；20厘米厚的含硼聚乙烯，用于吸收剩余的中子；10厘米厚的高純無氧銅，用于阻擋鉛材料及外部其他材料中的伽馬射線。這些屏蔽設備幾乎屏蔽掉了能夠想到的一切輻射源。

在中國四川省的大山深處，有一個非常神奇的實驗室——中國錦屏地下實驗室，垂直巖石覆蓋厚度達2400米，是目前世界埋深最深的地下實驗室。

暗物質在宇宙中，為何要“鉆”到地下去探測

暗物質是種特殊的粒子。它們的質量很大，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，因為暗物質的散射截面很小。打個比方，就像一只足球能被球網擋住，但是一個小鐵球就能穿網而過，就是因為它的截面比球網的網格小。

如何“網”住暗物質？科學家也想了很多辦法。最初的辦法是天文觀測，但卻無法解答“暗物質是什么”。后來，科學家又嘗試通過地面或太空望遠鏡，探測暗物質相互碰撞產生的普通物質粒子信號，還用原子核與暗物質碰撞，探測碰撞產生的信號。而在地面上，宇宙射線眾多，干擾了探測。地下實驗室可以幫助探測器“擋”去干擾，讓其“靜心”工作。

在錦屏地下實驗室，主要做哪些實驗

2010年12月中國錦屏地下實驗室正式開始投入使用，進行科學實驗。

2012年，清華大學主導的CDEX實驗組在錦屏地下實驗室里獲得了第一批寶貴的數據，并展開了數據分析。2013年，實驗組的首個研究成果就發表在國際權威物理期刊《物理評論D》（Physical Review D）上，這是中國第一個自主開展暗物質實驗研究的物理結果。該實驗成果對低質量區暗物質粒子的探測靈敏度達到了國際一流水平。

上海交通大學主導的科研團隊在錦屏實驗室進行熊貓計劃（Panda X），該實驗利用在空氣中提純的惰性元素氙（Xe）作為探測媒介來尋找暗物質。其中的Panda X-I 125千克級氙探測器已經于2014年3月正式運行開始探測數據，是中國開展的首個百千克級大型暗物質實驗，它的運行結果標志著中國在暗物質探測這個前沿科學領域跨進世界先進行列。目前，Panda X- II 500千克級氙探測器正在建設中，建成后，將比國際最大的氙探測器LUX大約2倍，靈敏度提高5倍。

從2014年8月開始，中國錦屏地下實驗室二期工程開始建設，預計將于2015年底完成土建工作。二期工程將建成更多實驗室及其輔助設施，總容積將從目前的4000立方米，增加到12萬立方米，能夠容納更多的深地科學領域實驗項目同時開展，建成后將有望逐步發展成為國家級的面向世界開放的基礎研究平臺。也就是說，不久以后，世界各地的科學家能在這里開展深地科學研究啦。