大涼山：2.4公里地下神秘的世界頂級實驗室

文/本刊記者 魏曉文

2008年，諾貝爾物理學獎獲得者丁肇中在美國將他的暗物質探測器搭載航天飛機送上了國際空間站，成為人類首個太空中的宇宙射線探測器。而此時他不知道的是，就在他兒時成長的中國四川，與他同樣探究暗物質的一項實驗工程在悄悄展開，只不過，那個是在天上，這個是在地下。

暗物質，從字面意思我們可以看出，它是一種“看不見”的物質。這里所說的“看不見”，不單單是說用我們的肉眼在可見光波段看不見，而是說不論用什么波段的電磁波探測，比如無線電、紅外線、紫外線、X射線等，都看不到它。也就是說，暗物質幾乎不發出任何波段的電磁輻射。

1933年，瑞士天文學家茲威基通過測量發現，按照引力定律，所觀察的星系“質量不夠”，不足以使其凝聚在一起。此后幾十年中科學家對宇宙膨脹速度的測量、星系形成過程的模擬，也表明宇宙的總質量應該遠遠大于已知物質的總質量。

目前的測算表明，組成人們已知物質的質子、中子、電子等粒子，只占宇宙的4%—5%，而暗物質則占了宇宙的23%，還有72%—73%是一種導致宇宙加速膨脹的暗能量。也就是說，宇宙中絕大部分的物質和能量，對今天的科學來說都屬于未知。

科學家相信，暗物質是確實存在的，但如何找到他，卻成了世紀難題。

如何才能找到暗物質？

目前普遍認為有三種方法：第一種是利用加速器碰撞，看能否在實驗中產生暗物質；第二種是在太空進行間接探測；第三種就是測量暗物質粒子與探測器靶核碰撞之后產生的信號，一般在地下實驗室進行。

丁肇中采用了第二種方法，而在中國，試圖用第三種方法來破解這個難題。

從成都沿著G 5國家高速向西南出發，350公里之后，到達涼山彝族自治州冕寧縣，再繼續前進90公里之后，到達州府所在地西昌。

冕寧縣錦屏山，雅礱江在這里湍流而下。超過300米高的錦屏一級水電站大壩橫亙在這里，這座目前世界上已建、在建和設計中最高的雙曲薄拱壩，工程總投資近250億元人民幣；而在其下游7.5公里處的錦屏二級水電站，投資也超過了220億元。

錦屏二級水電站需要在錦屏山下挖掘一批巨型隧道：四條規模達16.7公里的導水渠管和兩條17.5公里長的交通運輸隧道及一條排水渠道。

清華大學的物理學家認為這里是建造地下實驗室的絕佳位置，因為暗物質可能會受到宇宙射線的影響，而在地表深處，宇宙射線量僅為表面的約億分之一。在這個相對“干凈”的地方進行實驗，可以避免很多干擾因素來“打擾”實驗進程。他們與二灘水電公司協商在隧道群中心建造實驗室。

2009年5月，一紙正式文件簽署，挖掘隨即開始。

實驗室的項目名稱有些繞口——極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設施，公開名稱叫做中國錦屏地下實驗室，英文簡稱CJPL。

第一階段的挖掘工作整整進行了一年，在2010年6月完成。其中包括一個4000立方米的實驗空間。

其實這個基地沒有保密可言，是個開放的實驗室。

重大科技基礎設施科學中心主任岳騫表示，現代物理學的重大突破需要極端實驗條件。這個實驗室的優勢便是可以盡可能的減少宇宙射線的干擾，厚厚的巖石能把大部分宇宙射線都屏蔽掉。打個比方，如果山頂上有1億個宇宙射線粒子將射向這個實驗室的話，最后大概只有1個能夠進入這里。

第一期項目內的空氣通風設備最初并不完備，這直接導致了儀器積灰和空氣中的氡氣濃度升高，直到附加通風設備安裝到位時情況才有所好轉。但二期水電工程修建七條隧道時保留了兩條分流隧道，兩條總長約為一公里縱橫交錯的斜波隧道，連通五條水道，這些原計劃竣工后便封堵的隧道，都貢獻給了實驗室，用于設備支持。

二期項目擴建增加了151,000立方米，新增開挖包括部分聯絡通道，四個大型實驗廳，每個達到25000立方以上的面積，這些大廳在2015年完工，坑井在2016年5月完工，并在2017年5月，安裝好通風系統和其他必需品。

幾乎沒有宇宙射線干擾，使得該項目能夠面向未來新粒子探測和新物理研究，為開展粒子物理與核物理、天體物理學及宇宙學等領域的重大基礎前沿實驗研究提供平臺支撐。

涼山州的諸多科技創新不為外人所知，其實他們有很多的世界第一。

這里有亞洲地區規模最大，設備最先進的新型多功能綜合航天靶場，也是中國目前唯一能發射地球同步衛星的發射基地，這里有吉狄馬加、彝人制造、山鷹組合、吉克俊逸、莫西子詩、南瑪子呷。

涼山彝族同胞居住在這片我國西南地區這塊高山深谷中的神奇土地上。在這里，彝族人民繁衍生息，創造了悠久的歷史、古老的文化。他們創造了自己獨特的文化結構，倫理道德、價值觀念。

無論地域還是生活，不是缺少美，而是缺少發現美的眼睛，如果我們帶著一雙審美的眼睛去看世界，世界就會變得可愛起來。

“涼山貧困面寬量大程度深是不爭的事實，但同時也是全國乃至世界少有的資源富集地區。”涼山州委書記林書成這樣描述自己奮斗的地方。正是依靠科技創新的力量，古老涼山實現了“一步跨千年”到“經濟跨千億”的歷史巨變，經濟總量躍居全國30個少數民族自治州前列。

中國錦屏地下實驗室二期擴建增加了超過15萬立方米的空間，其中包括部分聯絡通道，四個大型實驗廳，還有兩個用于掩蓋大廳地板下的水箱的坑。在這個神秘的中國的暗物質實驗室，有一個深18米的圓柱形大坑，用以填充一個液氮罐，這是上海交通大學液氙直接探測合作組（PandaX）的科研項目。

這些項目竣工后，打破了之前意大利格蘭薩索國家實驗室（LNGS）的紀錄，成為世界上最大的地下實驗室。

重大科技基礎設施科學中心主任岳騫表示，現代物理學的重大突破需要極端實驗條件。這個實驗室的優勢便是可以盡可能的減少宇宙射線的干擾，厚厚的巖石能把大部分宇宙射線都屏蔽掉。打個比方，如果山頂上有1億個宇宙射線粒子將射向這個實驗室的話，最后大概只有1個能夠進入這里。

地下實驗室內的大氣μ子當前正在測量中，她肯定比加拿大薩德伯里中微子觀察實驗室(SNOLAB)的數值要低，也正因如此，成為了世界上最深的實驗室所保留的記錄。

與目前國際上其他的地下實驗室相比，中國錦屏地下實驗室巖石覆蓋最深、宇宙線通量最小、可用空間最大，并且具備交通便捷、基礎設施完備等優勢。

從面積比較，中國錦屏地下實驗室的大廳比意大利格蘭薩索國家實驗室更大，它的大廳本身就有93,300 立方米，再加上屏蔽坑還有9,300立方米，總共有102,600 立方米，高于意大利格蘭薩索國家實驗室的95,100 立方米。

在中國錦屏地下實驗室，大廳外總共還有361000立方米的服務區域，而意大利格蘭薩索國家實驗室的總體積為180000立方米，這個數據更直觀的體現了它第一的位置。

由于實驗室位于一個大型水電設備內，因而可以獲得大量的電能。

重大科技基礎設施副總指揮兼總工程師李元景介紹，中國錦屏地下實驗室不僅是為中國科學家服務，也對全世界的科學家和實驗室開放，推動我國開展國際級大科學合作，吸引國內外頂尖學者前往開展前沿物理實驗，為取得重大物理突破提供基礎設施保障。