视觉中国供图
视觉中国供图
在四川凉山,有一处位于地下2500米深的所在,在这个名为“中国锦屏极深地下暗物质实验室”里,有一个40米长、6.5米高、8.5米宽的实验大厅,这是目前世界上最深、也是条件最好的地下实验室,也是“熊猫计划”的实施地。
美国俄亥俄州哥伦布市,几天前的“2017年度国际高能粒子天体物理大会”上传出消息,中国“熊猫计划”项目组发布对暗物质粒子性质测量的最强限制,中国科学家再次领跑暗物质直接探测的灵敏度,率先取得重大探测成果。这是“熊猫计划”继两年前发布580公斤级探测仪的首个探测结果后,第二次发布国际最灵敏暗物质探测结果。
暗物质是何物,宇宙中有暗物质,星系里有暗物质,我们的身边也有暗物质,可是我们眼睛却看不到它,它悄无声息,且难留痕迹;它不发射任何波段的电磁波,也不与任何电磁波发生相互作用。由于与普通物质没有直接电磁相互作用,所以暗物质不发光,类似于“幽灵”,无法用通常的办法看到。尽管如此,但暗物质却不容任何人小觑,因为迄今的研究和分析表明,暗物质占宇宙物质总质量约80%以上。
揭开暗物质微观粒子本质是21世纪物理与天文学最重要的科学目标之一,国际上探测暗物质粒子的科学研究进行得如火如荼。为了探测暗物质,科学家想了很多方法, 而中国的“熊猫计划”的方法是把氙原子作为靶子进行撞击,暗物质粒子如果碰撞到氙原子,这种碰撞会转化为氙原子的反冲能,发出光电信号,从而被探测器捕捉。
在“熊猫计划”项目负责人、上海交通大学鸿文讲席教授季向东博士看来,科学家探测暗物质粒子的方法类似于“守株待兔”,暗物质粒子仿佛成群结队跑来的兔子,氙原子好比森林中一棵棵树。难免有一两只兔子会撞死在某棵树下,成为科学家的战利品。而问题的关键在于,大森林里不只有兔子,还有雄狮猛虎其他动物,谁撞上来的动静都比兔子大。所以要找一片没有或少有其他生物出没的“森林”,中国锦屏地下实验室就是这片理想的“森林”。
在四川锦屏山内,上方有2400米山体覆盖,就像天然屏障阻挡了宇宙射线,据测量,实验室内的宇宙射线通量可以降到地面水平的千万分之一到亿分之一。而地下实验室所在处不是花岗岩,而是大理岩,其自然放射性相当低,实验检测发现其天然放射性比洞外的岩石都低,这些都为暗物质直接探测实验提供了非常好的条件。