第5章 尋找暗物質(第1/2頁)

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麼。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，我們銀河系可能會散架，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專案，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。如果在這兩個方面能有所突破，那麼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、能量解析度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谷型河流。流域地勢北、西、東三面高，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，穿高山峽谷，跨急流險灘。它的下游地區屬雅礱江斷裂帶，有兩個強震區。在每年的雨季裡，沿江陡峻的岸坡，在長時間的雨水浸泡後巖崩劇烈，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。

暗物質探測需要儘可能地排除多種外來的訊號干擾，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公里長的錦屏隧道，在隧道的側面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遮蔽層，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面水平的約億分之一，為開展暗物質實驗提供了國際一流的極少宇宙線粒子“干擾”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公里的隧道中央，隧道洞壁還一直滴滴答答地滲水。從地面開車進入實驗室，大概需要20多分鐘才能到達。

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專案。該裝置光子採集率達到國際先進水平。

儘管這樣，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——5