刊登日期 : 20/08/2021
探尋宇宙奧秘,未必要飛天,可能還要深入地底。在四川錦屏水電站地下2,400米處,有一座全球最深的地下實驗室,7重保護材料幾乎隔絕了所有已知輻射,令實驗室成為世界上最「乾淨」的地方。科研人員們在這裏尋找「暗物質」,這是宇宙中「沉默的大多數」,只有在「乾淨」環境中使用特殊儀器才有機會搜尋到它的蹤迹。各國都為此建立了地下實驗室,科學家相信,暗物質隱藏着宇宙起源、演變的奧秘。
中國首個極深地下實驗室
錦屏地下實驗室是中國首個極深地下實驗室,也是全世界岩石覆蓋最深的地下實驗室,位於錦屏山地下2,400米,岩石厚度相當於4.3座太平山疊在一起的高度。
厚厚的岩石形成天然屏障,令實驗室內部受到的輻射降到地面水平的億分之一,即如果山頂有1億個宇宙射線粒子,通過岩石屏障後,最終只有1個能進入實驗室。
此外,實驗室還設置了7重防護「盔甲」:包括50厘米厚的混凝土、1米厚的聚乙烯材料(屏蔽中子)、20厘米厚的鉛(屏蔽外部伽馬射線)、15厘米厚的支撑結構、20厘米厚的含硼聚乙烯(吸收熱中子)、10厘米厚的高純無氧銅(屏蔽剩餘伽馬射線)以及反符合探測系統(主動屏蔽外部和保護層自身的伽馬射線)。這7重保護幾乎能屏蔽所有的已知輻射,令這座地下實驗室成為世界上輻射最少、干擾雜質最少、最「乾淨」的地方。
7重防護層 令地下實驗室隔絕干擾
為甚麼要讓實驗室保證絕對「乾淨」?這與地下實驗室的「使命」有關。
這座實驗室的一個重要工作是尋找暗物質。目前,人類所認知的部分不足宇宙的5%,另外約27%是暗物質、68%是暗能量。科學家認為,對暗物質的研究有機會改變人類對宇宙、天體形成的認識,甚至可以衍生運用到解決氣候變化、能源等世界難題。
不過,暗物質不會發出任何光或者電磁輻射,因此「看不見、摸不到」,只能通過暗物質與普通物質間微弱的「互動」來尋找它。地面上的宇宙射線和生活輻射會嚴重干擾探測,如同要在人聲鼎沸的球場聽清一根針掉落的聲音,這幾乎不可能。因此只有在屏蔽干擾的「乾淨」環境中、利用超級靈敏的探測器,才有機會捕捉暗物質的蹤迹。
地下實驗室探索暗物質 解密宇宙起源
為探索暗物質,全球已有不少國家都建設了地下實驗室,中國可算後來居上。錦屏地下實驗室於2010年建成,清華大學主導的盤古計畫(CDEX)實驗組和上海交通大學牽頭的熊貓計畫(PandaX)液氙暗物質實驗組率先入駐,有不少國外團隊也在申請將自己的科研專案移到實驗室中。PandaX实验於2021年7月發布了首個暗物質搜尋結果,較此前研究取得突破。
錦屏地下實驗室二期正在施工中,未來將建成8個實驗大廳,實驗空間將由現在的4,000立方米增加到38萬立方米,可以開展更多大型科研項目。
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