在地下2400米探索人類認知邊界

【新春走基層·我在大國工程現場】

◎本報記者 張蓋倫

車輛扎進山體，穿過17.5公里長的錦屏山隧道後，周遭終於從昏暗變得明亮，一座“地下城”出現在眼前——這裏是中國錦屏地下實驗室（以下簡稱“錦屏地下實驗室”）二期。清華大學工程物理系黨委書記曾志環顧四周，語氣帶着自豪，對科技日報記者説：“確實不一樣了吧？”

錦屏地下實驗室位於四川省涼山彝族自治州錦屏山內部，山體岩石覆蓋厚度達2400米，宇宙射線通量只有地面的一億分之一。這裏是世界上最深、綜合條件最好的地下實驗室。

2016年，記者第一次探訪錦屏地下實驗室時，實驗室主任程建平指着黑乎乎的隧道深處説，以後這裏會擴建成一個小區，世界各國科學家都可以在小區工作。

當初聽起來雄心勃勃的設想，如今已經成真。不同學科的科研人員帶着他們的疑問，來到錦屏山深處尋找答案——當外界噪音降到最低，又能聽到怎樣的華章？

從4000立方米到30萬立方米

錦屏地下實驗室由國投集團雅礱江流域水電開發有限公司和清華大學共同建設運行。

走在寬敞明亮的實驗室內，你很容易忘記自己身處地下。曾志提醒，對工程方來説，特殊的地理位置，帶來了特殊的問題。

實驗室埋深2400米，巖體內地下水量大、滲透性強，地下洞室滲漏點較多且分佈無規律。而且，巖體自身及巖壁滲水中會持續析出氡氣。氡氣具有強烈放射性，會對實驗探測裝置形成干擾。

因此，防水抑氡是施工中的關鍵環節。錦屏大設施的防水抑氡設計方案和施工方案均為首創。它的設計構造主要分為排水防水層、結構層與面層，內含10層材料，10釐米厚，覆蓋了實驗室內10萬平方米麪積。

防水抑氡工程的5萬餘米拼接焊縫，穿過防水結構的20多萬個膨脹螺栓和5萬多根錨杆，無一滲水點。“這堪稱工程奇蹟。”國投集團雅礱江公司錦屏地下實驗室管理局副局長申滿斌指着表面光滑潔淨的洞壁感嘆。

曾志同樣感慨萬千。從無到有，從小到大，錦屏地下實驗室已經在大山內部“生長”了十幾年。

2010年12月，錦屏地下實驗室一期建成，填補了我國深地實驗室的空白，為開展粒子物理學、天體物理學等領域重大基礎前沿研究提供了良好的低本底環境。

2014年，錦屏地下實驗室二期建設啓動。2017年，基於錦屏地下實驗室二期的極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設施（以下簡稱“錦屏大設施”）項目被列入“十三五”國家重大科技基礎設施項目指南。

2023年12月，錦屏大設施正式投入科學運行，首批10個實驗團隊入駐實驗室，地下可用實驗空間也從一期實驗室的4000立方米增加到二期的30萬立方米。

十年磨一劍。暗物質、中微子、核天體物理、岩石力學、地震學、集成電路、量子計算、深地醫學……一系列前沿基礎科學研究在此開展。錦屏地下實驗室，有望成為世界深地科學實驗中心。

實驗靈敏度將提升兩個量級

從實驗室1號門進入，依次可來到A廳、B廳、C廳、D廳，每個大廳又分成了兩個實驗廳。

C2廳內，中國暗物質實驗組成員、清華大學博士後代文翰正在進行高純鍺探測器的測試。

代文翰將標準樣品放在探測器不同位置進行測量，採集並分析探測器輸出的脈衝波形信號。“一天能收集200萬個信號。”他説。工作聽起來有些枯燥，但代文翰樂在其中。

如今，錦屏山、山腳下的雅礱江和地下實驗室的燈光，已成為代文翰科研生活的一部分。

他告訴記者，實驗室一期像個工作室，空間不大，科研儀器也是小而精。實驗室二期像個大工廠，實驗室更大了，實驗體量上去了，科學研究也瞄準更高的目標，有望取得更大的進展和突破。

比如，在錦屏地下實驗室一期，實驗組在容積約1立方米的液氮罐中運行總質量10公斤的高純鍺探測陣列；但在實驗室二期，容積1725立方米的世界最大液氮低温屏蔽裝置正在進行液氮灌注，不久後，總質量50千克的探測器陣列將在其中運行。“實驗靈敏度能提升兩個量級！”代文翰説。

就在錦屏大設施建設期間，一系列成果也已經產出。

2024年，中國暗物質實驗組成果在《物理評論快報》發表，給出了國際上對太陽加速暗物質—電子相互作用截面最靈敏的限制；2024年，粒子和天體物理氙探測實驗組在《物理評論快報》發表了對太陽硼-8中微子的首個測量結果，開啓了液氙暗物質和中微子探測實驗的新篇章；2022年，錦屏深地核天體物理實驗組成果在《自然》發表，在國際上首次揭示了宇宙最古老恆星中的鈣丰度之謎……

“基於錦屏大設施的優勢平台條件，我們的科學研究將瞄準突破人類認知邊界，努力取得重大成果，為建設科技強國和實現高水平科技自立自強貢獻錦屏力量。”曾志展望道。