深入锦屏地下实验室：探寻科研新征程

本文将带您走进中国锦屏地下实验室，讲述它从一期到二期的发展历程，包括实验室建设中的关键环节、取得的成果以及未来的展望等内容。

车辆一头扎进山体，穿过那长达17.5公里的锦屏山隧道后，周围的环境瞬间从昏暗转为明亮，一座宛如“地下城”般的建筑出现在眼前，这里便是中国锦屏地下实验室二期。清华大学工程物理系的党委书记曾志，他一边环顾着四周，一边带着满满的自豪语气对科技日报的记者说道：“是不是感觉很不一样了呢？”锦屏地下实验室坐落在四川省凉山彝族自治州的锦屏山内部，这里的山体岩石覆盖厚度达到了2400米，宇宙射线通量仅仅是地面的一亿分之一，可谓是世界上最深、综合条件最为优越的地下实验室。回想起2016年的时候，当记者初次探访锦屏地下实验室，实验室主任程建平指着那黑乎乎的隧道深处，满怀憧憬地说，以后这里将会扩建成一个小区，到时候世界各国的科学家都能够在这个小区里开展工作。曾经听起来像是雄心壮志般的设想，如今已经成为了现实。来自不同学科的科研人员们带着心中的疑问，纷纷来到锦屏山的深处探寻答案，当外界的噪音被降低到最低程度时，又将会发现怎样奇妙的科学乐章呢？锦屏地下实验室是由国投集团雅砻江流域水电开发有限公司和清华大学共同建设并运行的。漫步在宽敞又明亮的实验室内，人们很容易就会忘记自己正身处地下。曾志提醒大家，对于工程方而言，这样特殊的地理位置，也带来了特殊的难题。实验室的埋深达到2400米，岩体内的地下水量巨大、渗透性极强，地下洞室渗漏点不仅多而且分布毫无规律。并且，岩体自身以及岩壁渗水中还会持续析出氡气，要知道氡气可是具有强烈放射性的，这会对实验探测装置产生干扰。所以，防水抑氡就成了施工环节中的重中之重。锦屏大设施的防水抑氡设计方案以及施工方案都是首创的。它的设计构造主要分为排水防水层、结构层与面层，这里面包含了10层材料，厚度达到10厘米，覆盖了实验室内10万平方米的面积。防水抑氡工程中的5万余米拼接焊缝，穿过防水结构的20多万个膨胀螺栓和5万多根锚杆，竟然没有一个渗水点。国投集团雅砻江公司锦屏地下实验室管理局副局长申满斌，指着那表面光滑洁净的洞壁感叹道：“这简直就是工程奇迹啊。”曾志也是感慨颇多，锦屏地下实验室从无到有，从小到大，已经在大山内部“成长”了十几个年头。2010年12月，锦屏地下实验室一期建成，这一成果填补了我国深地实验室的空白，为开展粒子物理学、天体物理学等领域的重大基础前沿研究提供了极为良好的低本底环境。2014年，锦屏地下实验室二期建设正式启动。到了2017年，基于锦屏地下实验室二期的极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施（以下简称“锦屏大设施”）项目被列入了“十三五”国家重大科技基础设施项目指南。2023年12月，锦屏大设施正式投入科学运行，首批10个实验团队入驻实验室，地下可用实验空间也从一期实验室的4000立方米大幅增加到二期的30万立方米。历经十年的磨砺，暗物质、中微子、核天体物理、岩石力学、地震学、集成电路、量子计算、深地医学等一系列前沿基础科学研究都在这里开展起来。锦屏地下实验室，极有可能成为世界深地科学实验的中心。从实验室1号门进入后，依次可以到达A厅、B厅、C厅、D厅，每个大厅又被分成了两个实验厅。在C2厅内，中国暗物质实验组成员、清华大学的博士后代文翰正在进行高纯锗探测器的测试。代文翰把标准样品放置在探测器的不同位置进行测量，采集并分析探测器输出的脉冲波形信号。他说道：“一天能够收集200万个信号呢。”虽然这份工作听起来略显枯燥，但代文翰却乐在其中。如今，锦屏山、山脚下的雅砻江以及地下实验室的灯光，都已经成为了代文翰科研生活的一部分。他告诉记者，实验室一期就像是一个工作室，空间比较小，科研仪器也是小巧而精致的。而实验室二期则像是一个大工厂，实验室的规模变大了，实验体量也增加了，科学研究也瞄准了更高的目标，有望取得更大的进展和突破。例如，在锦屏地下实验室一期，实验组是在容积约1立方米的液氮罐中运行总质量10公斤的高纯锗探测阵列；然而在实验室二期，容积为1725立方米的世界最大液氮低温屏蔽装置正在进行液氮灌注，不久之后，总质量50千克的探测器阵列将会在其中运行。代文翰说：“这样一来，实验灵敏度能够提升两个量级！”就在锦屏大设施建设期间，一系列的成果也已经产生。2024年，中国暗物质实验组成果在《物理评论快报》发表，给出了国际上对太阳加速暗物质 - 电子相互作用截面最灵敏的限制；2024年，粒子和天体物理氙探测实验组在《物理评论快报》发表了对太阳硼 - 8中微子的首个测量结果，开启了液氙暗物质和中微子探测实验的新篇章；2022年，锦屏深地核天体物理实验组成果在《自然》发表，在国际上首次揭示了宇宙最古老恒星中的钙丰度之谜。曾志满怀展望地说：“基于锦屏大设施的优势平台条件，我们的科学研究将朝着突破人类认知边界的方向努力，争取取得重大成果，为建设科技强国和实现高水平科技自立自强贡献锦屏的力量。”

本文总结了锦屏地下实验室从一期到二期的发展历程，包括其独特的地理位置带来的建设难题以及解决方式，如防水抑氡工程的成果。还介绍了实验室空间的扩展、实验灵敏度的提升，以及在建设期间和投入运行后所取得的多项科研成果，展现了锦屏地下实验室在多学科前沿基础科学研究中的重要意义和广阔前景。