暗物质与地下实验室 2

关于深地实验室的研究
锦屏极深地下暗物质实验室 - 运用
锦屏极深地下暗物质实验室具有低放射性材料、环境核辐射污染的低辐射环境，能用于开展核物理、粒子物理、天体物理及宇宙学等领域的暗物质探测研究、中微子物理学实验等一类重大基础性前沿课题的重要研究场所，也可以成为岩体力学、地球结构演化、生态学等学科开展相关实验研究的重要环境。

锦屏极深地下暗物质实验室 - 建设
清华大学与二滩公司于2009年5月签订战略合作协议。

该协议中决定利用锦屏山隧道覆盖厚度国际最大的地理条件，将宇宙射线通量降至地面水平的千万分之一至亿分之一，为相关精密实验提供洁净的地下实验环境。

锦屏极深地下暗物质实验室是利用其所处地四川锦屏山之前与二滩水电站一同修建的长达18公里的可通驶汽车的隧道建成，该隧道上方为厚达2500米的山体岩石，为建设需要隔绝穿透力极强的宇宙射线的极深地下暗物质实验室提供了优越的环境。

另外，与其他部分由矿井改建而成的地下实验室相比，锦屏极深地下暗物质实验室的交通更为方便，研究人员与科研设备可乘车进入，不必靠电梯升降。

锦屏极深地下暗物质实验室 - 实验安排
2010年12月，清华大学实验组的暗物质探测器已进入锦屏极深地下暗物质实验室，并启动探测工作。

2011年，上海交通大学等研究团队也将进入该实验室展开对暗物质的探测研究。

锦屏极深地下暗物质实验室- 意义
锦屏极深地下暗物质实验室的建标志着中国拥有世界级高水平的洁净低辐
射平台，已有能力自主开展暗物质探测等国际前沿基础研究课题的投入使用，对于推动中国重大基础前沿课题的自主研究和应用研究意义重大。

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中国首个极深地下实验室——“中国锦屏地下实验室”2010年12月12日在四川雅砻江锦屏水电站揭牌并投入使用，锦屏地下实验室垂直岩石覆盖达2400米，是目前世界岩石覆盖最深的实验室。

它的建成标志着中国已经拥有了世界一流的洁净的低辐射研究平台，能够自主开展像暗物质探测这样的国际最前沿的基础研究课题。

目前，清华大学实验组的暗物质探测器已经率先进入实验室，并启动探测工作，而明年上海交通大学等研究团队也将进入这里开展暗物质的探测研究。

“中国锦屏地下实验室”中用于暗物质探测的超低能量阀高纯锗探测器。

地下实验室尤其是极深地下实验室，是开展粒子物理与核物理学、天体物理学及宇宙学等领域的暗物质探测研究、中微子物理实验研究等一些重大基础性前沿课题的重要研究场所，是岩体力学、地球结构演化、生态学等学科开展相关实验研究的重要环境，也是低放射性材料、环境核辐射污染检测的良好环境。

地下实验室为国家提供综合性的重大基础科学和应用科学研究平台，是一个国家关键性的重大基础科学研究设施，建设和发展极深地下实验室具有重要科学意义和应用价值。

清华大学副校长康克军介绍说，目前，美国、英国、法国、意大利、加拿大、日本等国家都建有很好的地下实验室。

由于此前中国一直没有很好的地下实验室，特别是极深地下实验室，以致许多相关领域的研究工作无法开展或只能与国外有条件的实验室联合开展。

“中国锦屏地下实验室”系利用二滩公司为建设水电站而修建的锦屏山隧道建成，这条隧道除了有约2400米的岩石覆盖层外，洞内岩体天然放射性极低，非常适合开展暗物质探测等基础科学领域的探测试验。

2009年5月，清华大学与二滩公司签订战略合作协议，决定利用锦屏山隧道垂直岩石覆盖厚度国际最大，能将宇宙线通量降到地面水平的千万分之一至亿分之一，为相关实验提供“干净”实验环境的优势，建设中国首个极深地下实验室。

锦屏极深地下暗物质实验室 - 暗物质
在宇宙学中，暗物质是指那些不发射任何光及电磁辐射的物质。

人们目前只能通过引力产生的效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。

暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。

现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、微波背景辐射等研究表明：我们目前所认知的部分大概只占宇宙的4％，暗物质占了宇宙的23%，还有73%是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量。

每天几万亿个暗物质穿过你的身体，暗物质—困扰科学界的一个难解之谜。

近八十年来，暗物质一直是困扰科学界的一个难解之谜。

关于暗物质，普遍的理论认为，在宇宙中只有四分之一的物质是可见的，而那四分之三的不可见神秘物质就是所谓的暗物质。

多少年来，科学家一直在寻找暗物质存在的直接证据，但都没有取得实质性成果。

美国科学家的这次发现一经证实，它将为人类寻找暗物质的艰难历程画上一个圆满的句号。

据研究人员介绍，他们是在一个废弃的地下铁矿中捕获到暗物质的。

这个地下铁矿就是美国明尼苏达州北部的索丹铁矿，大约位于地面之下半英里(约合800米)的位置。

在索丹铁矿的底部，安装有高敏感探测器，这些探测器都是美国“低温暗物质搜寻计划”的实验装置。

近日，研究人员利用这些高敏感探测器捕捉到暗物质粒子的身影。

“低温暗物质搜寻计划”项目首席科学丹-巴维尔介绍说，该项目组此次共发现了两个粒子，它们的特点与预期中的暗物质粒子完全吻合。

没有暗物质，我们也不可能生活在这里。

尽管目前得到的结果尚有待进一步证实，但是它还是引起了科学界的轰动。

英国剑桥大学天文学院科学家吉利-吉尔摩认为，“如果他们确实发现了暗物质的真正踪迹，那绝对是一个伟大的发现。

暗物质是宇宙的重要组成部分，而且也是宇宙成为一个整体的必要物质。

当普通物质融入到暗物质之中时，就可形成星系、恒星、行星以及人类生命。

没有暗物质，我们也不可能生活在这里。

”
现代意义上的暗物质概念最早是由瑞士天文学家弗里兹-扎维奇于1933年提出的。

自此，科学家们就一直在暗物质是否存在这个问题上争论不休。

2008年，“哈勃”太空望远镜在一个遥远星系周围的幽灵状光环中发现了暗物质存在的非直接证据。

这种神秘光环就是当恒星的光线经过暗物质时被弯曲所形成的。

暗物质是由多种不可见粒子组成，这种说法既可以解释宇宙中的“质量缺失”现象，也可以为人类寻找暗物质的道路指点方向。

所谓的“质量缺失”现象，就是指占宇宙四分之三质量的物质不见踪影，利用牛顿引力理论根本无法解释这种现象。

为什么时间总是沿着单一方向前进？
吉尔摩认为，“这一发现的真正影响是属于心理方面的，它表明我们正在接近一个全新的物理学世界。

我们都知道，宇宙中存在许多事物和属性。

对于粒子家族的这些新成员，所有事物和属性都将要做出反应。

在现有许多最神秘的问题中，时间为什么总是沿着单一方向前进这个问题将通过暗物质粒子来得到合理的解释。

”许多科学家相信，暗物质粒子将成为“超对称性”理论的有力证据。

“超对称性”理论认为，宇宙中的任何粒子都是成双成对的，即它还有一个相对较重的伴侣粒子。

发现“超对称性”理论的证据也是欧洲大型强子对撞机的主要目标之一。

暗物质粒子的奇特之处就在于，当它们穿过某物体时，就像对方不存在一样。

“每天可能有几万亿个暗物质穿过你的身体，但你却感受不到，这是因为暗物质
的散射截面很小。

”根据它们的这种特性，科学家们将它们命名为“WIMPs”粒子，即弱相互作用重粒子。

科学家们相信，每时每刻，都有大量的“Wimps”粒子穿越地球，穿越所有事物，当然也包括我们的身体。

该图演示了不可见暗物质是如何在光环中结合的。

最新研究发现——暗物质在星系团中呈扁平状分布。

日本国立天文台参加的一个研究小组2010年4月26日宣布，对美国夏威夷岛“昴”望远镜拍摄的星系团图像进行分析后确认，神秘的暗物质在星系团中呈扁平状分布。

根据传统理论，在由约1000个星系组成的银河系里存在着大量暗物质，但是这些暗物质并没有均匀分布。

此次的观测结果与这一理论相一致。

国立天文台观测了离地球约30亿光年的25个星系团。

国立天文台研究员大栗真宗指出：“在今后的观测中，希望调查更详细的分布情况。

是我们未曾考虑过的事情。

”特纳称，好的消息是目前几项颇有希望的暗物质探测实验正在进行中。

尤其是像锗中微子技术(CoGeNT)等深层地下探测器，近年来该探测器发现了暗物质大质量微粒存在的证据，对于胡珀的研究提供了帮助。

特纳说：“这十年是暗物质勘测的十年，这一神秘的宇宙之谜将得到解决。

目前，所有的探测器都在正确的宇宙位置进行观测分析。

”
胡珀同意以上两种观点，但他指出目前与他交谈探讨过的天体物理学家没有解释清楚这一现象。

费米实验室天体物理学家克雷格-霍丹(Craig Hogan)说：“这是我所知道的第一项基于简单粒子模型将少量暗物质线索连接在一起的研究，尽管该研究未得到证实，但它令我们非常兴奋，并值得继续深入研究分析。

”
天体物理学家认为，暗物质中较大的剩余部分是由弱交互作用的大质量微粒(WIMPs)构成，这些微粒的能量是质子的10-1000倍。

如果两个暗物质微粒彼此碰撞，它们将彼此摧毁，并产生伽马射线。