地下2400米的实验室是什么样的体验

原标题:地下2400米的实验室是什么样的体验？

编者按

清华有各种各样的实验室。2000公里外神秘的大凉山下的中国CJPL金平地下实验室悄悄地赢得了世界最深实验室桂冠。该实验室正在建造一个“位于地下深处极低辐射背景前方的物理实验设施”，同时还承担着探测悬挂在第21届世界物理学界头顶上的“乌云”——暗物质——的重要功能。

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[清华大学×中国科协]中国锦屏地下实验室纪录片短片

清华最「干净」的实验室

暗物质指宇宙中不发光的物质。天体物理学、宇宙学和粒子物理学研究表明，约85%的宇宙物质由仅由重力贡献的暗物质组成。它“极为腼腆」，不问候普通人，到目前为止，世界上还没有实验找到过它。

“害羞”暗物质

找到害羞的暗物质粒子，最大的挑战是创造「干净」的实验环境。污染实验产生的噪音来自宇宙辐射和环境辐射。其中，来自宇宙的高能射线能量分布广，穿透性强。要么他们花很多钱用几米厚的铅板保护，要么他们在天然掩体中进行实验。全世界的科学家都选择了地下，在最深的洞里用最灵敏的探测器望向遥远的宇宙。

21世纪初，清华大学工程物理系的老师们也在研究暗物质。他们是世界上第一个提出用高纯度锗测量暗物质方案的人。然而，因为没有合适的实验条件，一个美国团队带头。当时，工业与材料系的教师只能通过与韩国等外国地下实验室合作进行研究。

深层地下实验室已经成为基础物理前沿研究的一个难点。在参与研究的同时，工业与材料系的老师也在寻找合适的地方。他们去过河北的金矿寻找“黄金”，去过东北的煤矿寻找“矿石”，去过秦岭隧道，但他们总是失败。

直到2008年奥运会开幕式，清华大学工程物理系博士生导师兼首席研究员钱月教授在开幕式新闻下看到一条滚动消息，锦屏3354水电站交通隧道成功竣工，水深2400米。当你穿破铁鞋时，没有地方可找。不需要努力就能得到它们。工业和材料系的老师非常兴奋，立即开始联系水电站。

他们用2400米的山来屏蔽宇宙射线，建造了一个1米厚的聚乙烯房子，运出了放射性含量最低的波兰铅，在锦屏找到了背景最低的水泥，购买了比24K黄金还要纯100倍6N(99.9999%)铜，并想方设法降低环境背景。

2400米地下聚乙烯屋

2010年底，实验室投入使用。2013年，清华大学领导的高纯锗直接探测合作小组(CDEX)从2013年发表了中国第一个自主暗物质研究成果，研究水平达到国际第一阵营。

2014获得了另一个重量级的结果，这是——10GeV以下能量区同类探测器最灵敏的实验结果，明确排除了CoGeNT实验小组多年来宣称的暗物质存在区域。在相对较短的时间内，中国暗物质直接探测实验从无到有，研究水平达到国际先进，由「跟跑」变成「并跑」。

2014，清华大学与雅砻江流域水电开发有限公司签署协议，共同建设“中国锦屏地下实验室”二期工程，将可用地下实验空间从4000立方米增加到30万立方米。

2019年7月，在“深埋地下甚低辐射背景前沿物理实验设施”的启动仪式上，清华大学校长邱勇在讲话中指出，清华大学与雅砻江流域水电开发有限公司在2009年签署了合作协议“十年磨一剑”。这把科研剑仍在铸造过程中，但它的光芒已经开始显现，相信实验室将来会取得更加耀眼的成果。

从此，清华有了全世界最「干净」的实验室。

清华博士在深山里的「清修」生活

早上7点起床进入洞穴做实验，调试和检查仪器设备。离开后

实验室里的博士生用氮气吹干头发。

在无聊的实验中，他们也创造了自己的一点乐趣。当加入液氮时，用排出的氮气吹头发，使其成为看不见的形状。谁的力量最大，谁能迅速而好地关闭检测仪器？

在实验之外，生活更是「丰富多彩」。偶尔，他们会从当地农民那里买猪肉，并在屋顶上放一个火盆来烤猪肉以改善食物。由于夜不深，山风习习，我饱览了河流风光，暂时忘记了复杂的实验数据和宇宙中神秘的星空。直到松茸收获季节，实验结束后，他们跟随当地人上山采集蘑菇。那些攀登技能不足的人必须用手和脚爬山，并且必须用手和脚向后下山。

讲述了爬山的故事

对好玩「上瘾」的研究者

人们沉迷于有趣的事物。不同的人对乐趣有不同的定义。有些人沉迷于游戏，有些人沉迷于探索，有些人沉迷于探索未知。清华大学工程物理系研究员李建民说:「在那么深的洞里要想尽一切办法，把所有的噪声降到最低，研究人员觉得这个太好玩了。」名沉迷于暗物质研究的老师和学生正在最深的洞穴他们等待着这最弱的一束光里安静地做研究。

2018年CDEX合作组发表了4-5GeV能量区间当时国际最好的暗物质探测灵敏度实验结果。2019年10月，利用CDEX-1B实验系统运行四年获得的实验数据，合作组又对百兆电子伏特质量区域的轻暗物质给出了国际上暗物质直接探测的最好结果。

现在，锦屏地下实验室二期工程“超深超低辐射背景前沿物理实验设施”项目已经启动。与目前世界上体积最大的意大利LNGS地下实验室和目前世界上最深的加拿大SNO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、实验空间最大具有交通便利、电力和水资源充足、基础设施完备的优点。未来，有望成为世界深地物理实验的中心。

锦屏山景

将面临重大深入的基础前沿研究，并将开展直接暗物质探测实验、无中微子双β衰变实验，以及核天体物理领域关键核素合成过程和恒星演化的基础科学前沿研究。

清华大学锦屏地下实验室也将提供等待更多学生走进锦屏，耐住寂寞，找到那一束光。

Text | Chen方婷

Editor |普鲁士蓝

Editor |巫山云