你知道宇宙中的絕大部分物質是什么?世界上巖石覆蓋最深、可用空間最大宇宙線通量最低、綜合條件最好的深地研究平臺長什么樣?為什么探測研究暗物質要在地下實驗室進行?

由中國科協科學技術傳播中心出品，中央廣播電視總臺影視劇紀錄片中心等單位聯合制作播出的系列科學紀錄片《打開宇宙之門》近期在CCTV-9上映。 本片聚焦一系列我國自主研發的大科學裝置，對我國重大科技基礎設施進行了科學解讀，展示了我國重大科技基礎設施建設所取得的成就及這些超級裝備所孕育的重要科研成果。

讓我們一同走進《打開宇宙之門》第九集《深地實驗室》，一起看→

第9 集 深地實驗室

當我們討論宇宙的組成時，我們會想到恒星、行星、星系，但是這些其實僅僅是宇宙的一小部分。科學研究發現，宇宙中絕大部分是我們尚未探測到的暗物質和暗能量。

暗物質，是理論上提出的可能存在于宇宙中的一種不可見的物質。它如同宇宙中的幽靈一般，看不見、摸不著，卻在源源不斷地為星系提供著引力。宇宙中人類已知的物質只占不到5%，剩下的95%，都是由未知的暗物質和暗能量組成。

清華大學工程物理系教授岳騫說：“國際上在討論21世紀這個一百年，我們物理學最重要的科學問題是什么，大家通常會把什么是暗物質這個課題放在第一位。”

四川涼山彝族自治州，雅礱江河谷，2400米的極深地下，隱藏著一項超級工程——中國錦屏地下實驗室。

和科幻電影中的地下實驗室一樣，一支來自清華大學的科研團隊，在這里進行著一項足以顛覆人類對世界和宇宙認知的神秘實驗——暗物質探測。

那么，為什么探測研究暗物質要在2400米深的地下實驗室來進行呢?

清華大學工程物理系助理研究員楊麗桃解答了這一問題：“暗物質的信號非常少，非常小。它的信號少，打一個比方，如果是一枚一塊錢的硬幣，那么它的面積大概就是一平方厘米，那么需要有10的40次方個暗物質粒子打到我的硬幣上，才可能有一個暗物質的信號。信號數量非常少，你就需要把環境的干擾降到盡可能最低。如果我們在地面開展這類實驗，會受到宇宙線很強的干擾。”

宇宙線是來自宇宙深處的高能粒子流及其在地球大氣中產生的次級粒子。在地表，一個指甲蓋大小的面積上，大約每分鐘就有1個宇宙線穿過。

2400米厚的巖層，將實驗室的宇宙線通量，屏蔽到只有地面的一億分之一。

楊麗桃說：“像暗物質，它可以很輕松地穿透地球，基本上沒有阻擋，它很輕松地就可以到達地下實驗室，被我的探測器捕獲到。”

為了打造一個更加純凈的實驗環境，科研人員們又給探測器穿上了層層盔甲。1米厚的聚乙烯大門，20厘米厚的鉛塊、銅塊，層層屏蔽中子、伽馬射線等輻射源。

暗物質信號除了極其少之外，還極其微弱。

“我們找暗物質，如同在一個人聲鼎沸的足球場里面去找一根針掉落的聲音，這要求我們的探測器要極其地靈敏。”楊麗桃介紹道。

清華大學自主研制的暗物質捕手高純鍺探測器是目前直接觀測暗物質靈敏度最高的探測器之一。

岳騫說：“暗物質粒子從很遠的地方飛過來，打到這個高純鍺晶體上面，相當于把鍺晶體里面的那個鍺核碰了一下，碰撞過程中，就把一小點能量交給了鍺核。這個鍺核，在鍺的半導體結構里面也動了一下，動這一下，它會引起半導體里面產生一些電子空穴對，得到一些感應信號。”

精心布局、萬全準備，只為等待一次載入史冊的碰撞!

錦屏地下實驗室除了暗物質探測，還開展了中微子、核天體物理、深地醫學等基礎研究。

它是目前世界上巖石覆蓋最深、可用空間最大、宇宙線通量最低、綜合條件最好的深地研究平臺。

一起來看第九集吧