主导宇宙演化的“洪荒之力”是什么？占宇宙物质总质量26.8%的暗物质是怎样的存在？恒星演化、元素形成、中微子，这些前沿科学研究将为人类揭秘宇宙带来革命性的突破。而求索的答案，或许不在浩渺星空，而是深藏于2400米的地下……

站在深渊，仰望星空

四川凉山彝族自治州锦屏山，巍峨耸立，风光秀美，从山顶垂直向下2400米，坐落着目前全球岩石覆盖厚度最深的地下实验室——中国锦屏地下实验室。身处地下2400米的实验室中，研究员们仿佛“站在深渊，仰望星空”，他们仰望的，是被称为宇宙中最神秘的物质——暗物质。

1933年，瑞士天文学家弗里茨·兹威基提出关于“暗物质”的猜想。这种物质看不见也摸不着，不会反射、吸收光线，也不参与任何电磁相互作用和强相互作用。虽然从未被“看见”，但暗物质约占整个宇宙物质总质量的26.8%，称得上宇宙中质量占比较多却又最微弱的“光”。而我们目前能看到的所有恒星、行星等普通物质加起来，才约占整个宇宙物质总质量的5%。

为了捕捉神秘的暗物质，21世纪以来，国际上相继开展了多次探测实验。我国于2015年12月17日将第一颗用于探测暗物质粒子的科学卫星“悟空号”送入空间轨道，通过探测宇宙中高能粒子的方向、能量以及电荷大小来间接寻找和研究暗物质粒子。我们相信，谁先揭开暗物质的神秘面纱，谁就将促成人类对物质世界和宇宙认识的又一次重大飞跃。

为实验室披上层层“盔甲”

当前对暗物质的探测方法大体分为“上天”“入地”以及“人造暗物质”三类。

“上天”指间接探测实验，为减少地球大气层的干扰，通常在太空中进行；“入地”指直接探测实验，为减少宇宙线的干扰，通常在地下实验室进行，利用厚厚的岩层阻挡来自宇宙空间的宇宙射线，让暗物质衰变产生的粒子突显出来；“人造暗物质”则指加速器实验，即通过普通粒子的对撞来产生暗物质粒子。

中国锦屏地下实验室就属于“入地”的研究方式。为了最大程度去除宇宙中的无关干扰粒子，科学家和工程师们想尽办法，为地下2400米的这个神秘空间披上了层层“盔甲”。第一层为四川凉山超厚的天然岩石屏障；第二层为50厘米厚的混凝土，作为实验室的安全支护结构；第三层放置了1米厚的聚乙烯，用于屏蔽中子；第四层为20厘米厚的铅房子，用于屏蔽伽马射线；第五层为20厘米厚的含硼聚乙烯，用于吸收热中子；第六层为10厘米厚的铜房子，用于屏蔽外部铅和含硼聚乙烯的伽马射线。

这些名词可能同学们听起来很陌生，没关系，我们只需记住一点，这层层屏障几乎屏蔽掉了我们能够想到的一切辐射源，为实验室提供了“纯净”的背景。

“不做出来，不理发不刮胡子”

探测暗物质的核心装置是高纯锗探测器，但过去我们国家一直依赖进口。“我们要研发出属于自己的高纯锗探测器！”2010年起，锦屏地下实验室副主任、清华大学工程物理系研究员李元景，带领团队踏上了研发高纯锗探测器的道路。

暗物质的发现对高纯锗探测器的灵敏度要求非常高，既要能够制备高纯度锗晶体，还要摸索探测器制作的整套工艺。7年时间，李元景与团队攻克了高纯锗探测器的技术难点，研发出我国第一台500克级高纯锗探测器。自此，高纯锗探测器的研发驶入“快车道”，1公斤级、1.5公斤级也陆续问世。“接下来，我们的目标是要完成百公斤级的高纯锗探测器！”李元景信心满满地说。

今年7月初，锦屏地下实验室暗物质实验组成员、清华大学工程物理系助理研究员杨丽桃来到地下，对高纯锗探测器进行现场安装调试。从读博士开始，杨丽桃就在锦屏地下实验室科学部负责人、清华大学工程物理系首席研究员岳骞和暗物质实验组负责人、清华大学工程物理系副教授马豪的指导下，从事暗物质探测研究工作。当时，开发出能够甄别疑似暗物质信号的数据分析方法迫在眉睫，杨丽桃立下“军令状”：“不做出来，不理发不刮胡子。”此后，杨丽桃白天做调试，晚上写算法，几乎每天都保持着高强度的工作状态。其间，大家看到头发超过肩膀的杨丽桃，都快认不出来了。两年后，当杨丽桃干净利落地出现在团队面前，大家知道，他成功了！

数十年间，正是因为涌现出越来越多像杨丽桃这样对科学充满热爱、对宇宙有强烈好奇心的科研人员，才使得我国暗物质研究实现从“跟跑”到“并跑”，再到局部“领跑”的跨越。用PandaX实验合作组博士后李涛的话说：“暗物质研究争分夺秒，在国际上也有团队在做暗物质方向的研究，我们必须要赶在他们之前给到国际领先的结果！”

【E学课堂】

国内的名山大川很多，为什么选择锦屏山作为地下实验室驻地？扫描二维码，揭秘中国锦屏地下实验室的“天时地利人和”。