在极深地下探寻暗物质
在许多科幻影视作品里,一些国家或者科学怪人都建有秘密的实验室,有的建在数万米的高空中,有的建在几千米的深海或地下。在中国有这么一个实验室,它建造在2400米深的地下,这个地下实验室肩负着探寻被科学家称为“宇宙幽灵”的暗物质的重任。
所谓暗物质,通俗地讲就是指那些既不发射光,又不吸收和反射光的物质,其特性主要表现为:它是一种比电子和光子还要小的物质,不带电荷,不与电子发生干扰,能够穿越电磁波和引力场;它不发光,也不发出电磁波,虽然看不见,摸不着,但无处不在;它无法直接观测得到,但它与通常的物质一样,具有引力作用,能干扰星体发出的光波或引力;它的密度小,其存在能被明显地感受到,且速度快,数量和总质量很大。
科学家曾将宇宙比喻成一个由三个部分组成的大饼,其中普通物质占5%,暗物质占27%,暗能量占68%,由此可以看出,暗物质是宇宙的重要组成部分。据宇宙学科学家的研究表明,宇宙结构的形成和演变正是暗物质促成的,如果没有暗物质的存在,就不会形成今天的星系,就没有恒星和行星,也谈不上今天的人类了。因此,如果我们不去了解暗物质的性质,就不能了解宇宙和宇宙的演化。
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暗物质既然存在于宇宙中,为何我们还要选择到地下去探测呢?世界上有哪些国家在地下建立了探寻暗物质的实验室呢?
暗物质虽然神秘,但科学家在探测实验中发现,只要让原子核与暗物质发生碰撞,就有可能探测到碰撞产生的信号。在地表,宇宙射线和生活辐射会严重干扰暗物质的探测,即使有时候原子核与暗物质发生有效撞击,但碰撞产生的信号会因为这些干扰而无法被鉴别。所以,在辐射极低的地下,可以最大限度地屏蔽宇宙射线等影响,有效探测到碰撞信号。
一些国家为了探测暗物质,纷纷建立了地下实验室。意大利、美国、日本、俄罗斯等国都建立了地下实验室,且取得了重大的科研成果。意大利的格兰莎索实验室建造在地下1400米深处,美国的桑德福实验室位于地下1500米深处。
随着科学技术研究的不断进步,我国也对诡秘的暗物质进行了研究。2009年,由清华大学主导,联合上海交通大学、四川大学、南开大学、北京师范大学、中国原子能科学研究院等多家单位组成暗物质实验研究团队,在四川锦屏山隧道中间位置的地下修建了极深地下实验室。2010年12月,实验室建成并投入使用。锦屏地下在锦屏山地下2400米,共有4组8个实验室,容积为4000立方米。2014年,“中国锦屏地下实验室”二期工程开始投入建设,此实验室与国际上其他的地下实验室相比,岩石覆盖最深、宇宙线通量最小、可用空间最大。实验室内,宇宙射线通量可以降到地面水平的亿分之一。这个实验室是我国首个极深地下实验室,也是全球最深的地下实验室。如今,清华大学领导的CDEX(中国暗物质实验)高纯锗暗物质实验和上海交通大学领导的PandaX(熊猫计划)液氙暗物质实验项目已入驻锦屏实验室。
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锦屏地下实验室自建成投入使用以来,清华大学、上海交通大学各自主导的暗物质探测实验均取得了一系列研究成果。2014年,清华大学暗物质实验组获得了在10GeV(能量单位,表示十亿电子伏特)以下能区里同类探测器最灵敏的实验结果,排除了美国CoGeNT实验组多年来宣称的暗物质存在区域。2016年,上海交通大学暗物质实验组二期500千克液氙暗物质探测器运行的第一个物理结果公布,在3.3万千克/天的曝光量下,未发现暗物质粒子踪迹,对可能的暗物质候选对象给出了最新的限制。在较短的时间内,清华大学、上海交通大学等暗物质研究取得的研究成果表明,我国暗物质探测实验从无到有,研究水平达到国际先进,由“跟跑” 变成“并跑”,最终成为“领跑”。
2019年7月20日,锦屏地下实验室又启动了新阶段建设,“极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施”项目正式进驻地底,开始安装实验设备,這标志着我国暗物质研究将进入新的研究阶段。
我国对宇宙中最诡秘的暗物质进行了九年的研究探测,目前虽然还没有探测到暗物质,但暗物质的藏身范围已越来越小,我们已接近发现暗物质的边缘。锦屏地下实验室新阶段建设完工后,实验室总容积将从原来的4000立方米扩容到30万立方米,可容纳更多的实验组。
随着暗物质探测技术日趋成熟和探测灵敏度的提升,我国有望率先找到“宇宙幽灵” 暗物质。相信在不久的将来,暗物质也会像黑洞一样被人们找到和拍到。当暗物质的神秘面纱被揭开后,人们会进一步认识和理解宇宙的起源、构成和演化,暗物质将被运用到更广阔的领域。, http://www.100md.com(黄增强)
所谓暗物质,通俗地讲就是指那些既不发射光,又不吸收和反射光的物质,其特性主要表现为:它是一种比电子和光子还要小的物质,不带电荷,不与电子发生干扰,能够穿越电磁波和引力场;它不发光,也不发出电磁波,虽然看不见,摸不着,但无处不在;它无法直接观测得到,但它与通常的物质一样,具有引力作用,能干扰星体发出的光波或引力;它的密度小,其存在能被明显地感受到,且速度快,数量和总质量很大。
科学家曾将宇宙比喻成一个由三个部分组成的大饼,其中普通物质占5%,暗物质占27%,暗能量占68%,由此可以看出,暗物质是宇宙的重要组成部分。据宇宙学科学家的研究表明,宇宙结构的形成和演变正是暗物质促成的,如果没有暗物质的存在,就不会形成今天的星系,就没有恒星和行星,也谈不上今天的人类了。因此,如果我们不去了解暗物质的性质,就不能了解宇宙和宇宙的演化。
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暗物质既然存在于宇宙中,为何我们还要选择到地下去探测呢?世界上有哪些国家在地下建立了探寻暗物质的实验室呢?
暗物质虽然神秘,但科学家在探测实验中发现,只要让原子核与暗物质发生碰撞,就有可能探测到碰撞产生的信号。在地表,宇宙射线和生活辐射会严重干扰暗物质的探测,即使有时候原子核与暗物质发生有效撞击,但碰撞产生的信号会因为这些干扰而无法被鉴别。所以,在辐射极低的地下,可以最大限度地屏蔽宇宙射线等影响,有效探测到碰撞信号。
一些国家为了探测暗物质,纷纷建立了地下实验室。意大利、美国、日本、俄罗斯等国都建立了地下实验室,且取得了重大的科研成果。意大利的格兰莎索实验室建造在地下1400米深处,美国的桑德福实验室位于地下1500米深处。
随着科学技术研究的不断进步,我国也对诡秘的暗物质进行了研究。2009年,由清华大学主导,联合上海交通大学、四川大学、南开大学、北京师范大学、中国原子能科学研究院等多家单位组成暗物质实验研究团队,在四川锦屏山隧道中间位置的地下修建了极深地下实验室。2010年12月,实验室建成并投入使用。锦屏地下在锦屏山地下2400米,共有4组8个实验室,容积为4000立方米。2014年,“中国锦屏地下实验室”二期工程开始投入建设,此实验室与国际上其他的地下实验室相比,岩石覆盖最深、宇宙线通量最小、可用空间最大。实验室内,宇宙射线通量可以降到地面水平的亿分之一。这个实验室是我国首个极深地下实验室,也是全球最深的地下实验室。如今,清华大学领导的CDEX(中国暗物质实验)高纯锗暗物质实验和上海交通大学领导的PandaX(熊猫计划)液氙暗物质实验项目已入驻锦屏实验室。
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锦屏地下实验室自建成投入使用以来,清华大学、上海交通大学各自主导的暗物质探测实验均取得了一系列研究成果。2014年,清华大学暗物质实验组获得了在10GeV(能量单位,表示十亿电子伏特)以下能区里同类探测器最灵敏的实验结果,排除了美国CoGeNT实验组多年来宣称的暗物质存在区域。2016年,上海交通大学暗物质实验组二期500千克液氙暗物质探测器运行的第一个物理结果公布,在3.3万千克/天的曝光量下,未发现暗物质粒子踪迹,对可能的暗物质候选对象给出了最新的限制。在较短的时间内,清华大学、上海交通大学等暗物质研究取得的研究成果表明,我国暗物质探测实验从无到有,研究水平达到国际先进,由“跟跑” 变成“并跑”,最终成为“领跑”。
2019年7月20日,锦屏地下实验室又启动了新阶段建设,“极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施”项目正式进驻地底,开始安装实验设备,這标志着我国暗物质研究将进入新的研究阶段。
我国对宇宙中最诡秘的暗物质进行了九年的研究探测,目前虽然还没有探测到暗物质,但暗物质的藏身范围已越来越小,我们已接近发现暗物质的边缘。锦屏地下实验室新阶段建设完工后,实验室总容积将从原来的4000立方米扩容到30万立方米,可容纳更多的实验组。
随着暗物质探测技术日趋成熟和探测灵敏度的提升,我国有望率先找到“宇宙幽灵” 暗物质。相信在不久的将来,暗物质也会像黑洞一样被人们找到和拍到。当暗物质的神秘面纱被揭开后,人们会进一步认识和理解宇宙的起源、构成和演化,暗物质将被运用到更广阔的领域。, http://www.100md.com(黄增强)