7月20日，“極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設(shè)施”啟動儀式在錦屏山隧道舉行。這標(biāo)志著由清華大學(xué)和雅礱江流域水電開發(fā)有限公司共同建設(shè)的中國首個、世界最深的極深地下實驗室，正式啟動國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目建設(shè)。

近年來我國啟動建設(shè)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目，主要有中國天眼、中國人造小太陽、正負(fù)電子對撞機(jī)等。

什么是暗物質(zhì)？

進(jìn)入17.5公里長的錦屏山隧道，就像進(jìn)入了一個洞穴迷宮。穿過一個又一個洞穴，在隧道中央，錦屏地下實驗室到了。實驗室雖然不大，卻深埋地下2400米，相當(dāng)于7個四川電視塔的高度。

這個地下實驗室目前主要開展的是暗物質(zhì)研究。什么是暗物質(zhì)？人們對它的認(rèn)識大多來自科幻作品，電影《變形金剛》中，機(jī)器人禁閉用暗物質(zhì)作為燃料駕駛飛船在宇宙中穿梭。在世界物理學(xué)領(lǐng)域，暗物質(zhì)一直是個謎，由于抓取難度大，據(jù)說每年3000萬次抓取事件，和暗物質(zhì)有關(guān)的不到1次，到目前為止，世界上也沒有人真正捕捉到它。

暗物質(zhì)在宇宙中無處不在，只不過看不到。我們能看到的普通物質(zhì)在整個宇宙中只占不到5%。剩下95%的都看不到，科學(xué)家們稱為暗物質(zhì)和暗能量。這里所說的“看不見”，不單說用我們的肉眼看不見，而是不論探測什么波段的電磁波，比如無線電、紅外線、紫外線、X射線等，都看不到它。

人類關(guān)于暗物質(zhì)的研究可以追溯到80多年前，那時的天文學(xué)家意識到，星系中恒星的運動速度實在是太快了，如果不是因為什么神秘的力量抓住了它，它們很有可能飛出去。然而到目前為止，仍然沒有任何人知道這股神秘的力量是什么。國際的研究從未停止，但是目前成果很小。

怎么尋找暗物質(zhì)？

發(fā)現(xiàn)并研究暗物質(zhì)，可能引發(fā)物理學(xué)的革命。目前，暗物質(zhì)探測方法大體分為“上天”“入地”和“人造暗物質(zhì)”三種。

錦屏地下實驗室探測暗物質(zhì)的方法屬于“入地”。錦屏地下實驗室隱藏在3000米高的山體下，巨大的巖層成為宇宙線的天然屏障，宇宙線通量為地面宇宙線通量水平的億分之一，可以屏蔽大量的宇宙線粒子。

由于暗物質(zhì)的聲音實在太小，探測難度極大。這就好像在人聲鼎沸的體育場里面看比賽，還要聽清一根幾毫米細(xì)的針掉落的聲音。因此要想探測它，需要把周圍的干擾物質(zhì)去掉。這些干擾物質(zhì)包括宇宙線粒子、中子、伽馬射線等。

進(jìn)入錦屏地下實驗室，穿過幾道鋁合金門之后，一個神秘的空間展現(xiàn)眼前。清華大學(xué)工程物理系研究員岳騫介紹，為了去掉干擾物質(zhì)，這個神秘空間設(shè)置了重重防護(hù)盔甲。第一層是天然巖石屏障;第二層是50厘米厚的混凝土;第三層是1米厚的聚乙烯，用于屏蔽中子;第四層為20厘米厚的鉛房子，用于屏蔽伽馬射線;第五層20厘米厚的含硼聚乙烯，用于吸收熱中子;第六層為10厘米厚的銅房子，用于屏蔽外部鉛和含硼聚乙烯的伽馬射線。

在重重保護(hù)的最里面，放置的就是暗物質(zhì)探測器。“暗物質(zhì)探測器的工作原理簡單來說就是‘守株待兔’。”實驗室研究人員景明坤說，探測器可以記錄下所有與它產(chǎn)生碰撞的信號，如果有與普通物質(zhì)不同的信號，那么就有可能是暗物質(zhì)。“我們正在等待一次可以載入史冊的碰撞。”

升級之后有何變化？

2010年，錦屏地下實驗室投入使用，兩個中國科學(xué)家牽頭的實驗組進(jìn)駐，分別是清華大學(xué)主導(dǎo)的CDEX實驗、上海交通大學(xué)牽頭組織的PandaX實驗。經(jīng)過這些年的研究，取得了一系列研究成果，在較短的時間內(nèi)使我國暗物質(zhì)直接探測實驗從無到有，研究水平達(dá)到國際先進(jìn)，由“跟跑”變成“并跑”。

2014年，中國錦屏地下實驗室啟動二期擴(kuò)建工程，地下可用實驗空間由之前的4000立方米增加到30萬立方米。今日正式啟動國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目建設(shè)，意味著從校企合作轉(zhuǎn)變?yōu)閲移脚_，將為我國粒子物理和核物理領(lǐng)域的重大基礎(chǔ)前沿物理問題研究提供平臺支撐。

以清華大學(xué)來說，目前放置的暗物質(zhì)探測器為10公斤量級的高純鍺陣列，二期投運之后，將采用1噸量級的高純鍺陣列，是目前的1000倍。“這將極大加速發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的時間，縮小發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的范圍。”實驗室研究人員說。

不光是實驗室面積的擴(kuò)大，還將實現(xiàn)研究范圍的提升。二期項目將提供一個近零宇宙線本底的地下輻射計量平臺，為我國建設(shè)完善的輻射計量基準(zhǔn)提供實施條件，推動海洋科學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生物學(xué)等交叉領(lǐng)域的研究，為這些學(xué)科領(lǐng)域提供一個國際一流的交叉創(chuàng)新平臺。

錦屏地下實驗室項目相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，項目建設(shè)完成后將具備國際領(lǐng)先的深地物理實驗綜合條件，有望成為世界深地物理實驗的中心，推動我國開展國際級大科學(xué)合作，吸引國內(nèi)外頂尖學(xué)者前往開展前沿物理實驗，為取得重大物理突破提供基礎(chǔ)設(shè)施保障。

【錦屏地下實驗室時間線】

2009年5月，清華大學(xué)與雅礱江流域水電開發(fā)有限公司簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，啟動錦屏地下實驗室建設(shè)。

2010年12月，錦屏地下實驗室正式投入使用，標(biāo)志著我國首個、世界最深的極深地下實驗室正式建成。

2014年8月，清華大學(xué)與雅礱江流域水電開發(fā)有限公司簽訂協(xié)議，決定共同建設(shè)錦屏地下實驗室(二期)項目。

2014年11月，錦屏地下實驗室(二期)項目正式開工。

2017年12月，錦屏地下實驗室(二期)項目完成地下巖土工程。

2018年12月，國家發(fā)展改革委正式批復(fù)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設(shè)施”可行性研究報告。

2019年7月，錦屏地下實驗室啟動國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。