中国锦屏地下实验室位于米的地下。图/新华社

据央视新闻报道，为了研究看不见摸不着的暗物质，中国建立了首个极深地下实验室——“中国锦屏地下实验室”。

在四川凉山彝族自治州的雅砻江锦屏大河湾，锦屏水电站下方，现在正稳步推进“中国锦屏地下实验室”二期项目，其位于岩石覆盖下方深达米的地下，是世界最深最大的极深地下实验室。

而暗物质一直是个谜，抓取难度很大，到目前为止，世界上也没有人真正“捕捉”到它。

“纯净”背景更容易“捕捉”暗物质

为什么研究一个宇宙课题，要“向深地进军”？

你有没有在伸手不见五指的夜里看过星空？漆黑背景更加衬托出了繁星的璀璨。我们的地球、太阳还有看得见的星辰，这些发光或者反射光线的物质都是由原子构成的，天文学家和物理学家称之为普通物质。普通物质的特征是包括电磁作用，简而言之，可以发光或吸收光。

在我们宇宙中，普通物质仅仅占宇宙成分的5%，还有近%是暗物质，另外%是更加诡异的暗能量。暗物质不发光，我们无法用普通实验手段去“捕捉”它；而暗能量则在推动宇宙加速膨胀，使其密度更加稀薄。

天文学家凭什么知道暗物质存在呢？暗物质虽然不发光，但它也有引力作用。在我们的星系尺度上，它提供了大部分引力，把星系束缚成我们现在看到的样子。如果没有暗物质，星系大部分就会飞散了。

可这种方法，只是让我们知道暗物质存在，并没有透露暗物质的具体成分，所以科学家们还是希望能“抓”到暗物质或者它们衰变之后的次级成分，通过数据重建，从而更好地理解暗物质的成分，进一步掌握宇宙演化、星系形成等规律。

事实上，寻找暗物质也有多种方法。比如，我国紫金山天文台在年底发射了“悟空号”暗物质探测卫星，希望通过太空宇宙线（来自天体的高能粒子）的成分，寻找因为暗物质衰变之后的痕迹。这颗卫星在宇宙线研究已经取得了相当多成果。这是在太空里寻找暗物质。而更早的例子，是著名的美籍华人科学家丁肇中先生，在国际空间站上安置的阿尔法磁谱仪。

在地下实验室寻找暗物质，或者其他粒子，则是更常见的做法。欧美日本此前已经利用废弃的矿井建设了多个地下实验室。这种方法的关键，是利用厚厚的岩层阻挡来自宇宙空间的高能粒子，提供“纯净”的背景，让暗物质衰变产生的粒子突显出来。

中国锦屏地下实验室二期CDEX合作组实验大厅。图/新华社

令中国暗物质研究赶超国外先进水平

暗物质寻找，目前得到的基本是零结果，是逐渐排除“不存在”的能谱区域。有意思的是，在这个过程中，往往得到许多意想不到的其他成果。

世纪年代，美国物理学家利用废弃金矿建设的米深的地下实验室，成功探测到了太阳中微子。日本岐阜县神冈町一个深达米的废弃砷矿中建造的大型中微子探测器，意外探测到了超新星1987A的中微子，主持两代探测器的小柴昌俊、梶田隆章先后摘得了诺贝尔物理学奖桂冠。

所以，这样的地下实验室，不只是普通意义上的一座实验室，而是集中了多种学科、多种科学目标的大型实验中心。年锦屏山隧道全线贯通时，清华大学工程物理系一位老师注意到了这里的岩石覆盖达米，这正是科学家梦寐以求的“黑暗环境”，可以令中国的暗物质研究赶超国外先进水平。

年月日，“中国锦屏地下实验室”正式揭牌，清华大学暗物质探测实验组率先入驻，采用半导体材料进行探测；年上海交通大学物理系的研究团队也入驻，使用液氙探测器工作。两支团队两种方法独立探测，可以交叉验证，并检验更广的能谱区域。

从地面到达地下实验室，需要在隧道内开车大概分钟。而仪器在运行稳定状态下并不需要工作人员在地下值守，只需在地面上的办公室监控，实验数据会自动上传。

锦屏地下实验室的建成，帮助中国科学家实现暗物质研究领域从无到有、从跟跑到并跑的跨越，并获得一系列国际一流水平的暗物质研究成果。

比如，去年上海交通大学教授、中国锦屏地下实验室“熊猫”实验发言人刘江来博士在马塞尔·格罗斯曼国际广义相对论大会上，公布了首个暗物质搜寻结果。此次结果基于PandaX-4T试运行天的数据，用吨·年的曝光量，再次刷新了暗物质性质的边界值。

现在锦屏地下实验室正在扩建的二期工程，将从现有立方米扩容到万立方米。相信会有更多的国际领先的实验成果，不断地从锦屏地下实验室里涌现，正如我们在至暗的夜空，才能看到最辉煌的星空。

撰稿/孙正凡（科普作家）

编辑/徐秋颖

校对/刘越