大凉山：2.4公里地下神秘的世界顶级实验室

文/本刊记者 魏晓文

2008年，诺贝尔物理学奖获得者丁肇中在美国将他的暗物质探测器搭载航天飞机送上了国际空间站，成为人类首个太空中的宇宙射线探测器。而此时他不知道的是，就在他儿时成长的中国四川，与他同样探究暗物质的一项实验工程在悄悄展开，只不过，那个是在天上，这个是在地下。

暗物质，从字面意思我们可以看出，它是一种“看不见”的物质。这里所说的“看不见”，不单单是说用我们的肉眼在可见光波段看不见，而是说不论用什么波段的电磁波探测，比如无线电、红外线、紫外线、X射线等，都看不到它。也就是说，暗物质几乎不发出任何波段的电磁辐射。

1933年，瑞士天文学家兹威基通过测量发现，按照引力定律，所观察的星系“质量不够”，不足以使其凝聚在一起。此后几十年中科学家对宇宙膨胀速度的测量、星系形成过程的模拟，也表明宇宙的总质量应该远远大于已知物质的总质量。

目前的测算表明，组成人们已知物质的质子、中子、电子等粒子，只占宇宙的4%—5%，而暗物质则占了宇宙的23%，还有72%—73%是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量。也就是说，宇宙中绝大部分的物质和能量，对今天的科学来说都属于未知。

科学家相信，暗物质是确实存在的，但如何找到他，却成了世纪难题。

如何才能找到暗物质？

目前普遍认为有三种方法：第一种是利用加速器碰撞，看能否在实验中产生暗物质；第二种是在太空进行间接探测；第三种就是测量暗物质粒子与探测器靶核碰撞之后产生的信号，一般在地下实验室进行。

丁肇中采用了第二种方法，而在中国，试图用第三种方法来破解这个难题。

从成都沿着G 5国家高速向西南出发，350公里之后，到达凉山彝族自治州冕宁县，再继续前进90公里之后，到达州府所在地西昌。

冕宁县锦屏山，雅砻江在这里湍流而下。超过300米高的锦屏一级水电站大坝横亘在这里，这座目前世界上已建、在建和设计中最高的双曲薄拱坝，工程总投资近250亿元人民币；而在其下游7.5公里处的锦屏二级水电站，投资也超过了220亿元。

锦屏二级水电站需要在锦屏山下挖掘一批巨型隧道：四条规模达16.7公里的导水渠管和两条17.5公里长的交通运输隧道及一条排水渠道。

清华大学的物理学家认为这里是建造地下实验室的绝佳位置，因为暗物质可能会受到宇宙射线的影响，而在地表深处，宇宙射线量仅为表面的约亿分之一。在这个相对“干净”的地方进行实验，可以避免很多干扰因素来“打扰”实验进程。他们与二滩水电公司协商在隧道群中心建造实验室。

2009年5月，一纸正式文件签署，挖掘随即开始。

实验室的项目名称有些绕口——极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施，公开名称叫做中国锦屏地下实验室，英文简称CJPL。

第一阶段的挖掘工作整整进行了一年，在2010年6月完成。其中包括一个4000立方米的实验空间。

其实这个基地没有保密可言，是个开放的实验室。

重大科技基础设施科学中心主任岳骞表示，现代物理学的重大突破需要极端实验条件。这个实验室的优势便是可以尽可能的减少宇宙射线的干扰，厚厚的岩石能把大部分宇宙射线都屏蔽掉。打个比方，如果山顶上有1亿个宇宙射线粒子将射向这个实验室的话，最后大概只有1个能够进入这里。

第一期项目内的空气通风设备最初并不完备，这直接导致了仪器积灰和空气中的氡气浓度升高，直到附加通风设备安装到位时情况才有所好转。但二期水电工程修建七条隧道时保留了两条分流隧道，两条总长约为一公里纵横交错的斜波隧道，连通五条水道，这些原计划竣工后便封堵的隧道，都贡献给了实验室，用于设备支持。

二期项目扩建增加了151,000立方米，新增开挖包括部分联络通道，四个大型实验厅，每个达到25000立方以上的面积，这些大厅在2015年完工，坑井在2016年5月完工，并在2017年5月，安装好通风系统和其他必需品。

几乎没有宇宙射线干扰，使得该项目能够面向未来新粒子探测和新物理研究，为开展粒子物理与核物理、天体物理学及宇宙学等领域的重大基础前沿实验研究提供平台支撑。

凉山州的诸多科技创新不为外人所知，其实他们有很多的世界第一。

这里有亚洲地区规模最大，设备最先进的新型多功能综合航天靶场，也是中国目前唯一能发射地球同步卫星的发射基地，这里有吉狄马加、彝人制造、山鹰组合、吉克俊逸、莫西子诗、南玛子呷。

凉山彝族同胞居住在这片我国西南地区这块高山深谷中的神奇土地上。在这里，彝族人民繁衍生息，创造了悠久的历史、古老的文化。他们创造了自己独特的文化结构，伦理道德、价值观念。

无论地域还是生活，不是缺少美，而是缺少发现美的眼睛，如果我们带着一双审美的眼睛去看世界，世界就会变得可爱起来。

“凉山贫困面宽量大程度深是不争的事实，但同时也是全国乃至世界少有的资源富集地区。”凉山州委书记林书成这样描述自己奋斗的地方。正是依靠科技创新的力量，古老凉山实现了“一步跨千年”到“经济跨千亿”的历史巨变，经济总量跃居全国30个少数民族自治州前列。

中国锦屏地下实验室二期扩建增加了超过15万立方米的空间，其中包括部分联络通道，四个大型实验厅，还有两个用于掩盖大厅地板下的水箱的坑。在这个神秘的中国的暗物质实验室，有一个深18米的圆柱形大坑，用以填充一个液氮罐，这是上海交通大学液氙直接探测合作组（PandaX）的科研项目。

这些项目竣工后，打破了之前意大利格兰萨索国家实验室（LNGS）的纪录，成为世界上最大的地下实验室。

重大科技基础设施科学中心主任岳骞表示，现代物理学的重大突破需要极端实验条件。这个实验室的优势便是可以尽可能的减少宇宙射线的干扰，厚厚的岩石能把大部分宇宙射线都屏蔽掉。打个比方，如果山顶上有1亿个宇宙射线粒子将射向这个实验室的话，最后大概只有1个能够进入这里。

地下实验室内的大气μ子当前正在测量中，她肯定比加拿大萨德伯里中微子观察实验室(SNOLAB)的数值要低，也正因如此，成为了世界上最深的实验室所保留的记录。

与目前国际上其他的地下实验室相比，中国锦屏地下实验室岩石覆盖最深、宇宙线通量最小、可用空间最大，并且具备交通便捷、基础设施完备等优势。

从面积比较，中国锦屏地下实验室的大厅比意大利格兰萨索国家实验室更大，它的大厅本身就有93,300 立方米，再加上屏蔽坑还有9,300立方米，总共有102,600 立方米，高于意大利格兰萨索国家实验室的95,100 立方米。

在中国锦屏地下实验室，大厅外总共还有361000立方米的服务区域，而意大利格兰萨索国家实验室的总体积为180000立方米，这个数据更直观的体现了它第一的位置。

由于实验室位于一个大型水电设备内，因而可以获得大量的电能。

重大科技基础设施副总指挥兼总工程师李元景介绍，中国锦屏地下实验室不仅是为中国科学家服务，也对全世界的科学家和实验室开放，推动我国开展国际级大科学合作，吸引国内外顶尖学者前往开展前沿物理实验，为取得重大物理突破提供基础设施保障。