世界各国加紧建设极深实验室地球深处科研殿堂

　　在电影《2012》里，印度科学家在距离地面1万米深的地下实验室工作，最先发现地球毁灭征兆。虽然这是部灾难片，1万米深的地下实验室尚不存在，但许多国家已建有深度上千米的地下实验室。12月12日，我国首个极深地下实验室“锦屏实验室”在四川雅砻江锦屏水电站投入使用，垂直岩石覆盖达2400 米，成为世界上岩石覆盖最深的实验室。参与锦屏实验室项目的中科院高能物理研究所研究员李金对《环球时报》记者表示，该实验室的启用，标志着我国已拥有世界一流研究平台，能自主开展暗物质探测这样国际最前沿的基础课题。

　　地下实验室藏身大山中

　　极深地下实验室分为两类，一类是利用废弃的垂直矿井，另一种是利用山脉隧道。隧道的深度受到山高限制，还要考虑从山侧穿入的宇宙射线。因此，找到合适的隧道并不容易。

　　四川雅砻江锦屏水电站的建设，为建设我国首个极深地下实验室带来了契机。该地下实验室其实并不是在地下，而是在山中。在建设水电站的过程中，锦屏山底修建了17.5公里可以通行汽车的隧道。现在的锦屏地下实验室，就是利用这条隧道，在其侧面挖出的一个空间。锦屏山是建造极深地下实验室的“风水宝地”。 在实验室的上面，是2400多米厚的山体岩石，屏蔽了绝大多数宇宙射线，该实验室的宇宙射线通量，相当于地面的亿分之一甚至更小，是世界最著名的意大利格朗萨索国家地下实验室宇宙射线通量的1/100。

　　李金研究员告诉《环球时报》记者， 锦屏实验室不仅屏蔽效果最好，而且建在水平隧道中，有利于开车进出，便于实验安排。另外，这个实验室在西昌卫星发射基地南边，地质稳定，山体多为大理石，放射性本底低，对实验干扰少。

　　帮人类探测宇宙中神秘的暗物质

　　李金表示，建设该实验室的主要目的是进行宇宙暗物质的探测。目前人类认知的物质只占物质世界的4%，而暗物质在物质世界的比例约占23%。揭开暗物质之谜，将是人类认识自然规律的一次重大飞跃，意义非常重大。

　　暗物质几乎既不发光也不吸收光，不产生电磁辐射，人类的感官和现有的技术手段几乎无法感知。探测暗物质的办法之一，是用高度灵敏的、屏蔽的探测器，直接探测原子核与暗物质碰撞产生的信号。为尽可能减少来自宇宙射线和自然放射性产生的中子噪声干扰，必须把探测器深埋地下。实验室越深，对宇宙射线的屏蔽效果就越好。

　　最早的地下实验室严格说只是个“临时设施”，1966年，美国科学家莱伊·戴维斯为验证太阳中微子的存在，绞尽脑汁寻找屏蔽宇宙射线的实验场所，最终他来到南达科他州的一座金矿，在废弃矿井里开辟出一个实验室。戴维斯通过这种方法验证了太阳中微子的存在，并于2002年获得诺贝尔物理学奖。

　　目前，美国、英国、法国、意大利、加拿大、日本等国家，已建立起10多个极深地下实验室。这些实验室深度在几百米到 1000多米不等。美国南达科他州的地下实验室正不断扩建，由于出现积水问题曾一度停工，但最终目标是建成超过3000米深的世界第一深实验室。而研究课题最多、规模最大的是意大利格朗萨索国家地下实验室，该实验室深度为1400米，总容积18万立方米，目前有20多个国家的750多名科学家围绕这个实验室工作。日本于今年10月在岐阜县飞鳍市神冈矿山的矿井下，建设了XMASS地下实验室。英国一个深达350米的地下实验室，也于今年4月正式启动使用。各国积极兴建极深地下实验室的目的，就是希望能够成为最早发现暗物质的国家。

　　可开展多项研究

　　尽管有岩石和土壤的天然屏障，锦屏极深实验室的“内装修”仍相当复杂。实验室有相当复杂的人工屏蔽方法。最外层是1米厚的聚乙烯，阻挡岩石中的中子射线，中间用20厘米厚的铅层屏蔽伽玛光子，里层用10厘米厚的无氧铜屏蔽，最后才是高纯锗探测器的空间。

　　李金表示，中国的暗物质探测实验由多个部分组成，核心部分就是隧道中的极深实验室，是做探测的场所，大约320平方米，隧道口是探测人员所在的位置，接收和处理实验数据，清华大学的后方实验室负责数据分析。

　　除研究暗物质外，极深地下实验室还是开展岩体力学、地球结构演化、生态学等相关实验的重要环境。以地震为例，地震预报的难处在于地震的应力积累和孕育过程都在地壳深处，从地面很难进行监测。如果能够在极深地下实验室对地震波、形变场和应力场进行连续、直接的观测，将对地震预测研究有极为重要的作用。此外，在远离阳光和地表生态环境的实验室里，人们还可以对极端环境下生物群的生存状态，以及生物一旦进入极端环境后如何维持生命活力，进行认真的观察和研究。没准通过这些研究，人们真能如《2012》里描绘的那样，找到足以摆脱灾难的“方舟”。　　

锦屏极深实验室被2400米厚的岩石覆盖。