当前位置: 华文世界 > 科学

科学家在四川地底深处,建了座世界最深实验室,究竟在研究什么?

2024-06-29科学

暗物质探测的重要性。

暗物质一词,最早出现在1933年瑞士的天文学家里弗斯的研究中,他在研究昴星团的时候,发现昴星团中成员的运动速度和昴星团的质量呈现了不符合牛顿力学规律的现象。

他认为这和恒星之间的引力相互作用或是他们形成昴星团的引力等因素有关。

但是最终他并没有得出正确的结果,而是得出了一些错误的结果,所以他在文献上指出「很可能是昴星团中有不为人知的物质,它的存在使得我们的计算出现了偏差」。

在后来的研究中,天文学家发现这不仅仅在昴星团中存在,星系团中也存在这一现象。

并且通过计算发现星系团中的质量与可见物质之间存在着很大的差异,这一现象直到现在也没有被推翻,科学家们对此怀疑这个差异是由暗物质引起的。

暗物质是一种不和光子相互作用的物质,它不仅仅不发光,而且还无法通过影像来探测。

但是暗物质可以通过引力相互作用来感应,这就是暗物质能够通过空间中的物质对周围物体产生引力,从而突显出存在的证据。

现在主流的宇宙学模型是宇宙由约27%的暗物质、5%的一般物质以及约68%的暗能量构成。

暗物质是宇宙中的基本组成结构,它构成了宇宙中的一切,包括星系、星系团甚至宇宙本身,因此对暗物质的研究对了解暗物质在宇宙中的分布和形成过程极其重要。

在目前,暗物质的探测主要通过两种方式,一种是通过建立暗物质探测探测器来直接探测暗物质,这种探测方式叫做直接探测。

另一种是通过观测暗物质与周围物质相互作用产生的软辐射、伽玛射线等探测方式来间接探测暗物质,这种探测方式叫做间接探测。

在这两种探测方式中,直接探测是探测暗物质最直接的方式,它可以通过记录暗物质与普通物质发生相互作用的数据来推断暗物质的存在。

正是因为它探测的信息最直接,并且背后的原理相对简单,所以被广泛使用。

在进行暗物质探测的时候,最大的问题就是受到宇宙的干扰,由于暗物质不和光子相互作用,所以无法通过影像来探测,对于暗物质的探测器而言,来自宇宙的其他粒子也是一种噪音。

这种噪音产生的原因是其他粒子和暗物质之间发生的相互作用产生的,所以为了尽可能的降低其他粒子产生的影响,科学家们想到了在地下建立一个实验室,这样就可以有效的避开部分来自宇宙的干扰。

因而,地下实验室就应运而生,城建地下实验室不仅可以避免宇宙的辐射,同时还可以避免来自人类活动的辐射,这样就能够有效的降低外部环境对暗物质探测的干扰,为暗物质研究提供理想的实验条件。

锦屏地下实验室进行了哪些研究。

建立在锦屏山深处的地下实验室,对于暗物质探测,是绝佳的探测场所,这主要是锦屏山所处的位置,深处的厚重岩石能够有效的隔绝外部环境产生的辐射对暗物质探测的影响。

在地下2.4千米的位置,地下所处的环境恰好就是世界上最适合暗物质探测的场所,这也是科学家选择此处进行暗物质探测的原因,锦屏地下实验室并不只进行暗物质探测,还有其他实验进行。

暗物质探测器虽然能够够有效的探测暗物质,但是它也存在一定的探测盲区,其探测能力随着能量的增大而下降。

因此为了能够够更加准确的探测暗物质,多款探测器的应用是必不可少的,这样就能够在不同能量水平的暗物质上进行探测。

CDEX和PandaX是在锦屏地下实验室进行的两项重磅实验,CDEX是锦屏地下实验室熠熠生辉的一颗明星,它主要进行暗物质的直接探测,同时也是我国直接探测暗物质的第一台超敏感探测器。

其探测能力是之前的探测器的十倍,因此它极大的提高了暗物质的探测灵敏度,能够够大大的降低其他粒子可能产生的干扰。

除此之外,还能够有效的避免来自人类活动的辐射影响,因此它是中国探测暗物质的第一选择。

CDEX在开启后,对暗物质的探测取得了很大的成果,它首先发现了四位数以上的暗物质的事件数,而且公信力极高,而它收集的数据也被广泛的应用于暗物质的探测中,在暗物质探测领域也取得了重大的突破。

PandaX可以说是我国暗物质间接探测领域的明星,它主要使用液氙技术对暗物质的探测,其探测能力要比CDEX稍逊一筹,但是其液氙技术能够对暗物质的探测产生重要的影响。

它对暗物质的探测能力是之前的探测器的两倍,在PandaX的带领下,我国的暗物质探测领域迎来了全新的机遇,同时也在暗物质探测领域产生了新的发现。

CDEX和PandaX的同时使用,一起进行暗物质的探测,可以使其探测范围扩大,但是二者之间也是有探测盲区的。

因此在此基础上,还有一款探测器,它主要用于探测二者之间的漏探区域,这样就能够够对暗物质的探测产生一个全面的了解,同时还能够有效的避免漏探区域对其所产生的影响。

在锦屏地下实验室的进行研究,还有核反应堆中微子的观测等。

在核反应堆中,中微子是一种不带电中间粒子,它不但具有极小的质量,而且和其它粒子的相互作用也是微弱的,所以很容易穿过物质和其它粒子进行相互作用。

但是它所带动的核反应产生的中微子的反应可以被探测到,因此科学家们就可以通过观测这种现象来对核反应堆中产生的中微子进行研究。

在核反应堆中,中微子不仅仅是作为一种粒子的示踪,同时还可以通过它对中微子的观测来对其他物理现象进行探索。

未来的发展。

近年来,国内暗物质研究取得了一系列的重要成果,同时在国内的暗物质探测也有了长足的进步,然而为了更好的进行暗物质探测,就必须扩建实验室的实验空间,以适应更多的科研项目的需求。

因此锦屏地下实验室就进行了二期的工程,它将在各个位置下建实验室,这样就可以在不同深度的地下进行暗物质的探测,同时还可以在不同深度的地方,独立的进行暗物质的探测。

在此基础上,地下实验室的面积也将相应的扩大,这样就可以为实验者提供更大的探测空间。

二期工程的扩建对于我国暗物质的探测是极大的帮助,未来锦屏地下实验室将更加完善,预计2024年二期工程正式投入运行。

随着二期实验室的建立和运行,我国的暗物质探测将发展的更加迅速,为科研人员提供更为便利的条件,促进更多科研成果的产生,同时也将吸引更多的科研人员。

结语

暗物质的研究也是当今天体物理学领域的重要课题,中国在这方面的投入,也将推动国际上相关领域的发展,同时也将会推动更多的国际合作。

中国能够够在暗物质研究领域取得一系列的重要成果,充分展现出国家在基础科学研究上的实力和重视程度。

随着锦屏地下实验室的不断扩建,中国在暗物质研究领域的成就也将不断的丰富。