在全球最深最大地下實(shí)驗室守候來自宇宙深空的信號
今年春節(jié)，上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院副教授黃俊挺在四川錦屏山下約2400米處、世界最深最大的地下實(shí)驗室，和項目組的師生過一個科研人的“浪漫”春節(jié)，他們將留守實(shí)驗室，為PandaX-4T暗物質(zhì)實(shí)驗新年后恢復(fù)運(yùn)行做準(zhǔn)備。“這確實(shí)是一次難得的經(jīng)歷。我希望以后有機(jī)會帶孩子也上山來看一看，也希望大家能讓自己的孩子一起來看看，了解科學(xué)研究的多維‘酷’面。”黃俊挺說。
從2月1日起，黃俊挺就開啟了實(shí)驗室的值守生活：每天早晨9點(diǎn)準(zhǔn)時開啟一天工作，監(jiān)測實(shí)驗室的運(yùn)行設(shè)備是否正常。就在近日晚間記者連線他時，電話中還突然響起急促警報聲，原來是監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)頁由于短暫沒連上網(wǎng)而發(fā)出警報，“探測器系統(tǒng)比較復(fù)雜，有許多參數(shù)需要時刻監(jiān)測。一旦有情況，我們要隨時處理。”
PandaX-4T探測器升級，年后恢復(fù)物理取數(shù)
“這段時間是PandaX實(shí)驗恢復(fù)運(yùn)行的關(guān)鍵階段。去年底我們完成了探測器的升級，并將液氙灌回了主探測器，目前還需要恢復(fù)水屏蔽體，需要向屏蔽體水罐里灌900噸純水，以進(jìn)一步隔絕宇宙射線的本底輻射。”黃俊挺告訴記者，原本他們只在白天注水，但為了加快進(jìn)度，現(xiàn)在每天24小時注水，他們輪流值班，“而且我們近期安裝了反符合系統(tǒng)的幾百只光電倍增管，寒假期間也要為它們準(zhǔn)備高壓和讀出系統(tǒng)”。
錦屏地下實(shí)驗室于2010年啟動，2021年開始擴(kuò)建，經(jīng)歷三年時間，實(shí)驗室二期于去年12月投入科學(xué)運(yùn)行，其33萬立方米的超大空間讓這里成為世界上埋深最深、容積最大的地下實(shí)驗室。更大的空間讓粒子和天體物理氙探測實(shí)驗（PandaX）和暗物質(zhì)實(shí)驗（CDEX）等項目也再次升級。
其中的PandaX實(shí)驗是利用液氙尋找宇宙中暗物質(zhì)。實(shí)驗由上海交通大學(xué)牽頭，聯(lián)合北京大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、山東大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中山大學(xué)、南開大學(xué)、成都理工大學(xué)和雅礱江水電公司等共同參與。
PandaX實(shí)驗合作組成立于2009年，團(tuán)隊已先后自主研制了三代液氙探測器，探測靈敏度達(dá)到國際領(lǐng)先水平，目前正開展第三代四噸級實(shí)驗PandaX-4T，試運(yùn)行數(shù)據(jù)已再次刷新暗物質(zhì)探測的極限，并在國際上首次系統(tǒng)全面研究了暗物質(zhì)電磁屬性。團(tuán)隊的最終目標(biāo)是打造一個40至50噸級的液氙探測器。
去年，因為實(shí)驗室擴(kuò)建，PandaX-4T實(shí)驗停機(jī)一年，項目組借此對探測器進(jìn)行升級，并計劃在2024年上半年恢復(fù)物理取數(shù)。
期待暗物質(zhì)研究出現(xiàn)突破
對于全球科學(xué)家來說，經(jīng)歷多年共同努力，對于暗物質(zhì)的理解不斷加深，但是否能夠?qū)ふ业桨滴镔|(zhì)，全球科學(xué)界都仍然在探索之中。
“尋找暗物質(zhì)的最佳場所是地下。”黃俊挺告訴記者，頭頂上巖石越厚，在地下越深，對實(shí)驗就越有利，因為巖體能屏蔽宇宙線帶來的“噪音”。
現(xiàn)在，錦屏地下實(shí)驗室頂上有2400米厚度的巖石，實(shí)驗室墻體還包裹了由橡膠、混凝土等材料混合而成的10厘米厚的保護(hù)結(jié)構(gòu)，能阻止周圍巖體釋放的水和放射性氡氣，以免暗物質(zhì)探測實(shí)驗受到干擾。
過去十多年中，PandaX實(shí)驗的運(yùn)行加深了人們對暗物質(zhì)的理解。去年，團(tuán)隊關(guān)于暗物質(zhì)電磁屬性，即暗物質(zhì)究竟有多暗的論文刊登于《自然》雜志。同時，團(tuán)隊還在物理學(xué)頂級期刊《物理評論快報》上發(fā)表多篇論文，給出了世界領(lǐng)先的結(jié)果。
PandaX實(shí)驗的另一個重要科學(xué)目標(biāo)是研究中微子的基本性質(zhì)。“中微子雖然在上世紀(jì)50年代就已經(jīng)被科學(xué)家‘看’見了，但是中微子還有很多神秘的特點(diǎn)等待我們揭曉。”黃俊挺告訴記者，比如，中微子是否是它自己的反粒子，如果實(shí)驗?zāi)軌蝌炞C中微子是自己的反粒子，那么這可能解答為什么中微子的質(zhì)量比電子質(zhì)量還小至少100萬倍，以及為什么宇宙由正物質(zhì)主導(dǎo)而非由反物質(zhì)主導(dǎo)等長期困擾科學(xué)界的問題。
和黃俊挺一起在錦屏地下實(shí)驗室值守的還有合作組內(nèi)近10名來自上海交通大學(xué)、北京大學(xué)、南開大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、中山大學(xué)的師生。上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院博士研究生曾鑫寧就是其中之一。“2018年聽過我們學(xué)院教授、上海李政道研究所副所長劉江來老師的一場報告，我感到宇宙星辰也與我有關(guān)。”曾鑫寧說，好多學(xué)長都參與過探測器的早期研究，很榮幸今年春節(jié)能接過他們的接力棒，堅守在2400米深的地下實(shí)驗室，保證探測器的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，“在這樣的特殊時刻為我國科研事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量，也讓我的春節(jié)過得更加充實(shí)而有意義”
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