最深的地下实验室

为什么要在地下那么深的地方建造实验室

揭开暗物质和暗能量之谜，将是人类认识宇宙的一次重大飞跃，可能导致一场新的物理学革命。为此，需要探测暗物质和暗能量的众多实验装置，其中就包括地下实验室。这种特殊的实验室还能帮助地质学家和生态学家解决许多问题。

实验需要最“干净”的环境。这里的“干净”，是指辐射最少、杂质最少。所以尽量遮蔽住宇宙射线，而用岩石阻挡是好办法。

为了让实验室变得更“干净”，工作人员还对环境进行了特殊的包装。实验室外层是1米厚的聚乙烯材料，用于阻拦和吸引中子；然后是20厘米厚的铅层，用于屏蔽外部的伽马射线；20厘米厚的含硼聚乙烯，用于吸收剩余的中子；10厘米厚的高纯无氧铜，用于阻挡铅材料及外部其他材料中的伽马射线。这些屏蔽设备几乎屏蔽掉了能够想到的一切辐射源。

在中国四川省的大山深处，有一个非常神奇的实验室——中国锦屏地下实验室，垂直岩石覆盖厚度达2400米，是目前世界埋深最深的地下实验室。

暗物质在宇宙中，为何要“钻”到地下去探测

暗物质是种特殊的粒子。它们的质量很大，但作用力却微乎其微。每天可能有几万亿个暗物质穿过你的身体，但你却感受不到，因为暗物质的散射截面很小。打个比方，就像一只足球能被球网挡住，但是一个小铁球就能穿网而过，就是因为它的截面比球网的网格小。

如何“网”住暗物质？科学家也想了很多办法。最初的办法是天文观测，但却无法解答“暗物质是什么”。后来，科学家又尝试通过地面或太空望远镜，探测暗物质相互碰撞产生的普通物质粒子信号，还用原子核与暗物质碰撞，探测碰撞产生的信号。而在地面上，宇宙射线众多，干扰了探测。地下实验室可以帮助探测器“挡”去干扰，让其“静心”工作。

在锦屏地下实验室，主要做哪些实验

2010年12月中国锦屏地下实验室正式开始投入使用，进行科学实验。

2012年，清华大学主导的CDEX实验组在锦屏地下实验室里获得了第一批宝贵的数据，并展开了数据分析。2013年，实验组的首个研究成果就发表在国际权威物理期刊《物理评论D》（Physical Review D）上，这是中国第一个自主开展暗物质实验研究的物理结果。该实验成果对低质量区暗物质粒子的探测灵敏度达到了国际一流水平。

上海交通大学主导的科研团队在锦屏实验室进行熊猫计划（Panda X），该实验利用在空气中提纯的惰性元素氙（Xe）作为探测媒介来寻找暗物质。其中的Panda X-I 125千克级氙探测器已经于2014年3月正式运行开始探测数据，是中国开展的首个百千克级大型暗物质实验，它的运行结果标志着中国在暗物质探测这个前沿科学领域跨进世界先进行列。目前，Panda X- II 500千克级氙探测器正在建设中，建成后，将比国际最大的氙探测器LUX大约2倍，灵敏度提高5倍。

从2014年8月开始，中国锦屏地下实验室二期工程开始建设，预计将于2015年底完成土建工作。二期工程将建成更多实验室及其辅助设施，总容积将从目前的4000立方米，增加到12万立方米，能够容纳更多的深地科学领域实验项目同时开展，建成后将有望逐步发展成为国家级的面向世界开放的基础研究平台。也就是说，不久以后，世界各地的科学家能在这里开展深地科学研究啦。