世界各國加緊建設極深實驗室地球深處科研殿堂

　　在電影《2012》里，印度科學家在距離地面1萬米深的地下實驗室工作，最先發現地球毀滅征兆。雖然這是部災難片，1萬米深的地下實驗室尚不存在，但許多國家已建有深度上千米的地下實驗室。12月12日，我國首個極深地下實驗室“錦屏實驗室”在四川雅礱江錦屏水電站投入使用，垂直巖石覆蓋達2400 米，成為世界上巖石覆蓋最深的實驗室。參與錦屏實驗室項目的中科院高能物理研究所研究員李金對《環球時報》記者表示，該實驗室的啟用，標志著我國已擁有世界一流研究平臺，能自主開展暗物質探測這樣國際最前沿的基礎課題。

　　地下實驗室藏身大山中

　　極深地下實驗室分為兩類，一類是利用廢棄的垂直礦井，另一種是利用山脈隧道。隧道的深度受到山高限制，還要考慮從山側穿入的宇宙射線。因此，找到合適的隧道并不容易。

　　四川雅礱江錦屏水電站的建設，為建設我國首個極深地下實驗室帶來了契機。該地下實驗室其實并不是在地下，而是在山中。在建設水電站的過程中，錦屏山底修建了17.5公里可以通行汽車的隧道。現在的錦屏地下實驗室，就是利用這條隧道，在其側面挖出的一個空間。錦屏山是建造極深地下實驗室的“風水寶地”。 在實驗室的上面，是2400多米厚的山體巖石，屏蔽了絕大多數宇宙射線，該實驗室的宇宙射線通量，相當于地面的億分之一甚至更小，是世界最著名的意大利格朗薩索國家地下實驗室宇宙射線通量的1/100。

　　李金研究員告訴《環球時報》記者， 錦屏實驗室不僅屏蔽效果最好，而且建在水平隧道中，有利于開車進出，便于實驗安排。另外，這個實驗室在西昌衛星發射基地南邊，地質穩定，山體多為大理石，放射性本底低，對實驗干擾少。

　　幫人類探測宇宙中神秘的暗物質

　　李金表示，建設該實驗室的主要目的是進行宇宙暗物質的探測。目前人類認知的物質只占物質世界的4%，而暗物質在物質世界的比例約占23%。揭開暗物質之謎，將是人類認識自然規律的一次重大飛躍，意義非常重大。

　　暗物質幾乎既不發光也不吸收光，不產生電磁輻射，人類的感官和現有的技術手段幾乎無法感知。探測暗物質的辦法之一，是用高度靈敏的、屏蔽的探測器，直接探測原子核與暗物質碰撞產生的信號。為盡可能減少來自宇宙射線和自然放射性產生的中子噪聲干擾，必須把探測器深埋地下。實驗室越深，對宇宙射線的屏蔽效果就越好。

　　最早的地下實驗室嚴格說只是個“臨時設施”，1966年，美國科學家萊伊·戴維斯為驗證太陽中微子的存在，絞盡腦汁尋找屏蔽宇宙射線的實驗場所，最終他來到南達科他州的一座金礦，在廢棄礦井里開辟出一個實驗室。戴維斯通過這種方法驗證了太陽中微子的存在，并于2002年獲得諾貝爾物理學獎。

　　目前，美國、英國、法國、意大利、加拿大、日本等國家，已建立起10多個極深地下實驗室。這些實驗室深度在幾百米到 1000多米不等。美國南達科他州的地下實驗室正不斷擴建，由于出現積水問題曾一度停工，但最終目標是建成超過3000米深的世界第一深實驗室。而研究課題最多、規模最大的是意大利格朗薩索國家地下實驗室，該實驗室深度為1400米，總容積18萬立方米，目前有20多個國家的750多名科學家圍繞這個實驗室工作。日本于今年10月在岐阜縣飛鰭市神岡礦山的礦井下，建設了XMASS地下實驗室。英國一個深達350米的地下實驗室，也于今年4月正式啟動使用。各國積極興建極深地下實驗室的目的，就是希望能夠成為最早發現暗物質的國家。

　　可開展多項研究

　　盡管有巖石和土壤的天然屏障，錦屏極深實驗室的“內裝修”仍相當復雜。實驗室有相當復雜的人工屏蔽方法。最外層是1米厚的聚乙烯，阻擋巖石中的中子射線，中間用20厘米厚的鉛層屏蔽伽瑪光子，里層用10厘米厚的無氧銅屏蔽，最后才是高純鍺探測器的空間。

　　李金表示，中國的暗物質探測實驗由多個部分組成，核心部分就是隧道中的極深實驗室，是做探測的場所，大約320平方米，隧道口是探測人員所在的位置，接收和處理實驗數據，清華大學的后方實驗室負責數據分析。

　　除研究暗物質外，極深地下實驗室還是開展巖體力學、地球結構演化、生態學等相關實驗的重要環境。以地震為例，地震預報的難處在于地震的應力積累和孕育過程都在地殼深處，從地面很難進行監測。如果能夠在極深地下實驗室對地震波、形變場和應力場進行連續、直接的觀測，將對地震預測研究有極為重要的作用。此外，在遠離陽光和地表生態環境的實驗室里，人們還可以對極端環境下生物群的生存狀態，以及生物一旦進入極端環境后如何維持生命活力，進行認真的觀察和研究。沒準通過這些研究，人們真能如《2012》里描繪的那樣，找到足以擺脫災難的“方舟”。　　

錦屏極深實驗室被2400米厚的巖石覆蓋。