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这个在地下2400米的实验室,就是中国锦屏地下实验室,这里正在攻坚全世界最难的科研课题之一,捕捉一种看不见摸不着的 “幽灵”,它的名字叫暗物质。

啥是暗物质?不是黑暗的物质,是看不见的物质说起科研,我们习惯了用光线去观察、认识研究对象。

就像一条隧道,只有光线照到物体,我们才能看清它。

但暗物质最特别的地方,是它不与光发生任何作用,既不吸收光,也不反射光,所以暗物质不是指黑暗的物质,而是我们根本无法通过光线观测到的物质。

既然看不到摸不着,我们怎么确定它存在?

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我们可以用星系运动的例子理解,就像旋转的物体,中心引力越大,外围物体转速越快,观测发现,太阳围绕银河的公转速度,远高于现有理论计算的结果。

这说明银河中心一定存在其他未知物质,通过引力影响着星系运转。

类似的观测证据还有很多,最终指向一个推论,宇宙中遍布着我们看不见、摸不着,但引力真实存在的暗物质。

为啥选地下 2400 米?探索暗物质就像捉迷藏,我们看不到它,只能靠捕捉它留下的 “痕迹”,但现实中到处充斥着宇宙射线,会严重干扰探测信号,所以我们需要一个绝对安静的环境。

中国锦屏地下实验室选址在四川凉山的水电站隧道中,2400 米厚的大理石山体作为天然屏蔽,经过山体过滤后,隧道内的宇宙辐射噪音微乎其微。

为了进一步隔绝干扰,实验室还加装了多层隔离涂料,探测器外围还有超纯水罐作为屏蔽层,彻底过滤掉仪器自身的辐射,最终这里成了世界上最安静的地下实验室。

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科学家用氙原子当诱饵,捕捉暗物质的痕迹实验室的核心设备是液氙探测器,目前正在从 4 吨级升级到 20 吨级,未来还会升级到 40 吨级。

它的工作原理很简单,如果暗物质粒子撞上探测器里的氙原子,氙原子会产生一次闪光,同时释放电子,电子再次撞击会产生第二次闪光,科学家通过这两次光信号,就能计算出暗物质的相关特征。

为什么选择氙元素作为探测材料?一是氙原子体积大,被暗物质粒子撞到的概率更高;二是氙元素内核稳定,平时不会自发产生信号,只有被撞击时才会发出闪光;加上氙本身透明,便于捕捉光信号,是理想的探测材料。

也许有人会问,投入这么多精力寻找暗物质,到底有什么用?

其实科学史上有太多当初看起来毫无用处的研究,法拉第和麦克斯韦研究电磁现象时,没人能想到后来会有电报、电话、互联网。

暗物质的研究或许也会带来我们现在无法想象的科技突破,我们只需要耐心等待。