作者:姜澎 来源:文汇网 发布时间:2024/2/10 14:27:54
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在全球最深最大地下实验室守候来自宇宙深空的信号

 

今年春节,上海交通大学物理与天文学院副教授黄俊挺在四川锦屏山下约2400米处、世界最深最大的地下实验室,和项目组的师生过一个科研人的“浪漫”春节,他们将留守实验室,为PandaX-4T暗物质实验新年后恢复运行做准备。“这确实是一次难得的经历。我希望以后有机会带孩子也上山来看一看,也希望大家能让自己的孩子一起来看看,了解科学研究的多维‘酷’面。”黄俊挺说。

从2月1日起,黄俊挺就开启了实验室的值守生活:每天早晨9点准时开启一天工作,监测实验室的运行设备是否正常。就在近日晚间记者连线他时,电话中还突然响起急促警报声,原来是监测系统网页由于短暂没连上网而发出警报,“探测器系统比较复杂,有许多参数需要时刻监测。一旦有情况,我们要随时处理。”

PandaX-4T探测器升级,年后恢复物理取数

“这段时间是PandaX实验恢复运行的关键阶段。去年底我们完成了探测器的升级,并将液氙灌回了主探测器,目前还需要恢复水屏蔽体,需要向屏蔽体水罐里灌900吨纯水,以进一步隔绝宇宙射线的本底辐射。”黄俊挺告诉记者,原本他们只在白天注水,但为了加快进度,现在每天24小时注水,他们轮流值班,“而且我们近期安装了反符合系统的几百只光电倍增管,寒假期间也要为它们准备高压和读出系统”。

锦屏地下实验室于2010年启动,2021年开始扩建,经历三年时间,实验室二期于去年12月投入科学运行,其33万立方米的超大空间让这里成为世界上埋深最深、容积最大的地下实验室。更大的空间让粒子和天体物理氙探测实验(PandaX)和暗物质实验(CDEX)等项目也再次升级。

其中的PandaX实验是利用液氙寻找宇宙中暗物质。实验由上海交通大学牵头,联合北京大学、北京航空航天大学、山东大学、复旦大学、中国科学技术大学、中山大学、南开大学、成都理工大学和雅砻江水电公司等共同参与。

PandaX实验合作组成立于2009年,团队已先后自主研制了三代液氙探测器,探测灵敏度达到国际领先水平,目前正开展第三代四吨级实验PandaX-4T,试运行数据已再次刷新暗物质探测的极限,并在国际上首次系统全面研究了暗物质电磁属性。团队的最终目标是打造一个40至50吨级的液氙探测器。

去年,因为实验室扩建,PandaX-4T实验停机一年,项目组借此对探测器进行升级,并计划在2024年上半年恢复物理取数。

期待暗物质研究出现突破

对于全球科学家来说,经历多年共同努力,对于暗物质的理解不断加深,但是否能够寻找到暗物质,全球科学界都仍然在探索之中。

“寻找暗物质的最佳场所是地下。”黄俊挺告诉记者,头顶上岩石越厚,在地下越深,对实验就越有利,因为岩体能屏蔽宇宙线带来的“噪音”。

现在,锦屏地下实验室顶上有2400米厚度的岩石,实验室墙体还包裹了由橡胶、混凝土等材料混合而成的10厘米厚的保护结构,能阻止周围岩体释放的水和放射性氡气,以免暗物质探测实验受到干扰。

过去十多年中,PandaX实验的运行加深了人们对暗物质的理解。去年,团队关于暗物质电磁属性,即暗物质究竟有多暗的论文刊登于《自然》杂志。同时,团队还在物理学顶级期刊《物理评论快报》上发表多篇论文,给出了世界领先的结果。

PandaX实验的另一个重要科学目标是研究中微子的基本性质。“中微子虽然在上世纪50年代就已经被科学家‘看’见了,但是中微子还有很多神秘的特点等待我们揭晓。”黄俊挺告诉记者,比如,中微子是否是它自己的反粒子,如果实验能够验证中微子是自己的反粒子,那么这可能解答为什么中微子的质量比电子质量还小至少100万倍,以及为什么宇宙由正物质主导而非由反物质主导等长期困扰科学界的问题。

和黄俊挺一起在锦屏地下实验室值守的还有合作组内近10名来自上海交通大学、北京大学、南开大学、复旦大学、中山大学的师生。上海交通大学物理与天文学院博士研究生曾鑫宁就是其中之一。“2018年听过我们学院教授、上海李政道研究所副所长刘江来老师的一场报告,我感到宇宙星辰也与我有关。”曾鑫宁说,好多学长都参与过探测器的早期研究,很荣幸今年春节能接过他们的接力棒,坚守在2400米深的地下实验室,保证探测器的持续稳定运行,“在这样的特殊时刻为我国科研事业贡献自己的力量,也让我的春节过得更加充实而有意义”

 
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