黄增强

在许多科幻影视作品里，一些国家或者科学怪人都建有秘密的实验室，有的建在数万米的高空中，有的建在几千米的深海或地下。在中国有这么一个实验室，它建造在2400米深的地下，这个地下实验室肩负着探寻被科学家称为“宇宙幽灵”的暗物质的重任。

所谓暗物质，通俗地讲就是指那些既不发射光，又不吸收和反射光的物质，其特性主要表现为：它是一种比电子和光子还要小的物质，不带电荷，不与电子发生干扰，能够穿越电磁波和引力场;它不发光，也不发出电磁波，虽然看不见，摸不着，但无处不在;它无法直接观测得到，但它与通常的物质一样，具有引力作用，能干扰星体发出的光波或引力;它的密度小，其存在能被明显地感受到，且速度快，数量和总质量很大。

科学家曾将宇宙比喻成一个由三个部分组成的大饼，其中普通物质占5%，暗物质占27%，暗能量占68%，由此可以看出，暗物质是宇宙的重要组成部分。据宇宙学科学家的研究表明，宇宙结构的形成和演变正是暗物质促成的，如果没有暗物质的存在，就不会形成今天的星系，就没有恒星和行星，也谈不上今天的人类了。因此，如果我们不去了解暗物质的性质，就不能了解宇宙和宇宙的演化。

暗物质既然存在于宇宙中，为何我们还要选择到地下去探测呢？世界上有哪些国家在地下建立了探寻暗物质的实验室呢？

暗物质虽然神秘，但科学家在探测实验中发现，只要让原子核与暗物质发生碰撞，就有可能探测到碰撞产生的信号。在地表，宇宙射线和生活辐射会严重干扰暗物质的探测，即使有时候原子核与暗物质发生有效撞击，但碰撞产生的信号会因为这些干扰而无法被鉴别。所以，在辐射极低的地下，可以最大限度地屏蔽宇宙射线等影响，有效探测到碰撞信号。

一些国家为了探测暗物质，纷纷建立了地下实验室。意大利、美国、日本、俄罗斯等国都建立了地下实验室，且取得了重大的科研成果。意大利的格兰莎索实验室建造在地下1400米深处，美国的桑德福实验室位于地下1500米深处。

随着科学技术研究的不断进步，我国也对诡秘的暗物质进行了研究。2009年，由清华大学主导，联合上海交通大学、四川大学、南开大学、北京师范大学、中国原子能科学研究院等多家单位组成暗物质实验研究团队，在四川锦屏山隧道中间位置的地下修建了极深地下实验室。2010年12月，实验室建成并投入使用。锦屏地下在锦屏山地下2400米，共有4组8个实验室，容积为4000立方米。2014年，“中国锦屏地下实验室”二期工程开始投入建设，此实验室与国际上其他的地下实验室相比，岩石覆盖最深、宇宙线通量最小、可用空间最大。实验室内，宇宙射线通量可以降到地面水平的亿分之一。这个实验室是我国首个极深地下实验室，也是全球最深的地下实验室。如今，清华大学领导的CDEX（中国暗物质实验）高纯锗暗物质实验和上海交通大学领导的PandaX（熊猫计划）液氙暗物质实验项目已入驻锦屏实验室。

锦屏地下实验室自建成投入使用以来，清华大学、上海交通大学各自主导的暗物质探测实验均取得了一系列研究成果。2014年，清华大学暗物质实验组获得了在10GeV（能量单位，表示十亿电子伏特）以下能区里同类探测器最灵敏的实验结果，排除了美国CoGeNT实验组多年来宣称的暗物质存在区域。2016年，上海交通大学暗物质实验组二期500千克液氙暗物质探测器运行的第一个物理结果公布，在3.3万千克/天的曝光量下，未发现暗物质粒子踪迹，对可能的暗物质候选对象给出了最新的限制。在较短的时间内，清华大学、上海交通大学等暗物质研究取得的研究成果表明，我国暗物质探测实验从无到有，研究水平达到国际先进，由“跟跑” 变成“并跑”，最终成为“领跑”。

2019年7月20日，锦屏地下实验室又启动了新阶段建设，“极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施”项目正式进驻地底，开始安装实验设备，這标志着我国暗物质研究将进入新的研究阶段。

我国对宇宙中最诡秘的暗物质进行了九年的研究探测，目前虽然还没有探测到暗物质，但暗物质的藏身范围已越来越小，我们已接近发现暗物质的边缘。锦屏地下实验室新阶段建设完工后，实验室总容积将从原来的4000立方米扩容到30万立方米，可容纳更多的实验组。

随着暗物质探测技术日趋成熟和探测灵敏度的提升，我国有望率先找到“宇宙幽灵” 暗物质。相信在不久的将来，暗物质也会像黑洞一样被人们找到和拍到。当暗物质的神秘面纱被揭开后，人们会进一步认识和理解宇宙的起源、构成和演化，暗物质将被运用到更广阔的领域。