暗物質是宇宙最大的難題之一。


    人類從未直接探測到它,甚至不知道它到底是什麽。物理學家們相信,理論上,暗物質是必須存在的。如果不存在暗物質,我們銀河係可能會散架,萬有引力理論也就不成立,至少有缺陷。


    普通物質之間相遇,總會發生一些作用,比如電磁作用、力的作用,從而產生一些現象,比如發光、發熱、移動等等。但最讓科學家們感到最無奈的地方,在於它無法被探測到。


    與暗物質相似的還有暗能量假說。暗物質和暗能量被科學家們稱為“籠罩在21世紀物理學上的兩朵烏雲”。


    中國和世界其它先進國家一樣,早就著手籌建、實施多個暗物質探測實驗項目,它們是物理學領域以及天文學領域未來最重要的研究方向。如果在這兩個方麵能有所突破,那麽物理學和天文學將會迎來深刻的革命。


    世界上哪個國家先找到暗物質,誰就掌握了該領域的話語權。有實力的國家很快就此展開了暗物質的探測。美國、英國、法國、日本和韓國相繼成立了暗物質探測實驗室,其目的都在於希望能夠成為世界上最早發現暗物質的國家,暗物質探測的國際競爭逐漸激烈起來。


    在這種情況下,中國物理學界自然也卯足了勁,力爭在這個領域爭得一席之地,用“上天”、“入地”探測一點也不為過。


    在天上,屬於中國科學院“空間科學戰略性先導科技專項”的“暗物質粒子探測衛星”計劃,由酒泉衛星發射中心用長征二號運載火箭,成功將暗物質粒子探測衛星“悟空”發射升空。“悟空”肩負著在太空尋找暗物質的使命,它擁有“火眼金睛”,觀測能段、能量分辨率超過國際上其他同類探測器,可謂“神通廣大”,有望在物理學前沿帶來重大突破。


    在地上,由上海交通大學主導進行的pandax即“熊貓計劃”大型暗物質探測實驗,在四川雅礱江錦屏水電站建立了“中國錦屏地下實驗室”,展開了暗物質的探測。


    雅礱江是典型的高山峽穀型河流。流域地勢北、西、東三麵高,向南傾斜,河源地區隔巴顏喀拉山脈與黃河流域為界,其餘周邊夾於金沙江與大渡河流域之間,呈狹長形。一條盤山公路蜿蜒其間,時而攀上,時而緩下,穿高山峽穀,跨急流險灘。它的下遊地區屬雅礱江斷裂帶,有兩個強震區。在每年的雨季裏,沿江陡峻的岸坡,在長時間的雨水浸泡後岩崩劇烈,還不時地發生山體大規模滑坡。


    雅礱江雖然地質條件不太穩定,但它有一個其它地方不可比擬的優勢,就是那層巒疊嶂的錦屏大山。


    暗物質探測需要盡可能地排除多種外來的信號幹擾,因此探測器就需要在一個非常潔淨的“超低本底”環境下開展工作。


    pandax實驗就是利用錦屏水電站工程中開挖的17公裏長的錦屏隧道,在隧道的側麵開挖建設了總容積約為4000立方米的地下實驗室,其垂直岩石覆蓋最薄處達到了2400米,低放射性岩石形成了天然的屏蔽層,使它成為世界最深、宇宙線本底最低的地下實驗室。初步測量顯示,能夠將宇宙線通量降到地麵水平的約億分之一,為開展暗物質實驗提供了國際一流的極少宇宙線粒子“幹擾”的潔淨地下實驗空間。


    雖然是進行實驗的極佳場所,但對於人來講,環境卻比較艱苦。實驗室處在一條長17公裏的隧道中央,隧道洞壁還一直滴滴答答地滲水。從地麵開車進入實驗室,大概需要20多分鍾才能到達。


    pandax一期目標是建造120公斤液氙暗物質探測器,這也是中國首個百公斤級液氙大型暗物質探測項目。該設備光子采集率達到國際先進水平。


    盡管這樣,還是沒能探測到暗物質。於是,pandax二期計劃進行全球最大的暗物質實驗——500公斤級液氙暗物質探測實驗。


    武思遠這次出差就是去指導設備安裝以及調試。按照計劃,此項工作預計需要約三個月時間完成。

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