“新时代中国调研行·长江篇”
长江行：从三江源至入海口
编者按：
长江，我国第一大河，中华民族母亲河。长江干流流经青海、西藏、四川等11个省区市。长江经济带横跨我国东中西三大板块，人口规模和经济总量占据全国“半壁江山”。
从6月15日起，新华社“新时代中国调研行”之“长江篇”小分队从长江源头出发，沿江而下，一路前行至长江入海口，以行进式融合报道的方式聚焦长江流域生态保护发生的转折性变化，长江经济带经济社会发展取得的历史性成就，展现新时代高质量发展的生动实践。
从6月29日起，我们开始陆续推出相关报道。
伸手向空气中抓一把，你会抓到什么？
空气！你也许会这么回答。
没错，手心如果密闭性好，你可以握住一些空气。但科学家会告诉你：手心里可能还有另外一种物质——暗物质！
和空气不一样的是，它可以进进出出，穿透你的身体！
在我国首个极深地下实验室——中国锦屏地下实验室，有一群科学家正在寻找这种神秘的暗物质。
↑这是7月3日在位于锦屏山隧道的中国锦屏地下实验室一期外拍摄的清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组成员梁艺帆、景明坤、王钰锋、杨丽桃、聂奇缘、尹箐浩（从左至右）。
锦屏山是位于金沙江第一大支流——雅砻江流域内的一座大山，顶峰海拔4410米。中国锦屏地下实验室就位于全长约17.5公里的锦屏山交通隧道中间位置，岩石垂直埋深达2400米。
↑这是7月4日拍摄的中国锦屏地下实验室所在的锦屏山交通隧道口以及旁边的雅砻江（无人机照片）。
该实验室于2010年底正式投入使用的一期实验空间为4000立方米。投用以来，清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）和上海交通大学牵头的PandaX两个暗物质直接探测合作组已取得30多项国际领先的暗物质研究成果。目前，依托该实验室二期工程建设的“十三五”国家重大科技基础设施“极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施”项目正在紧锣密鼓建设中，预计将于2024年底竣工，届时可利用的实验空间将超过30万立方米。
什么是暗物质？
由清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组锦屏现场实验负责人、清华大学工程物理系助理研究员杨丽桃博士介绍，暗物质是指宇宙中那些不发光的物质，它有质量，但是不发生电磁相互作用。暗物质广泛存在，“整个银河系都‘浸泡’在一个暗物质的‘海洋’里。”
↑7月3日，在中国锦屏地下实验室，清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组锦屏现场实验负责人杨丽桃博士在查看第二代10公斤级高纯锗探测器所采集的实验数据。
↑7月3日，在中国锦屏地下实验室，清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组成员在开展面向第三代百公斤级高纯锗暗物质实验的新型高纯锗探测器测试。
“我们所认识的日月星辰、桌椅板凳这些普通物质，只占整个宇宙的4.9%，而暗物质占到了26.8%，是普通物质的5倍之多，剩下68.3%是我们了解更少的暗能量。”杨丽桃介绍说，如果把暗能量排除在外，整个宇宙中物质总质量的85%是暗物质。
“目前还没有捕获暗物质的手段。我们第一步要先探测到暗物质，了解清楚暗物质的性质；第二步根据这些性质去设计手段，捕获暗物质，把它约束在一个地方，然后为我所用。”
“守株待兔”和“深海捕鱼”
杨丽桃介绍，从暗物质概念的提出至今已有90余年历史。暗物质探测研究手段大致可以分成三种：对撞机研究、间接探测和直接探测。对撞机研究是利用普通物质跟普通物质对撞，看是否能产生未知粒子，一般在大型高能对撞机加速器上进行。间接探测主要研究暗物质衰变或者湮灭时产生的信号，通常在高空或者卫星上开展。
在中国锦屏地下实验室开展实验的CDEX和PandaX两个合作组采用的是第三种方式——直接探测。“直接探测就是把探测器放在这里，暗物质跟探测器发生碰撞，引起靶核反冲，通过测量靶核反冲的数量、能量还有方向等信息去研究暗物质的性质。”杨丽桃说。
↑7月3日，在中国锦屏地下实验室，清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组锦屏现场实验负责人杨丽桃博士（左）与实验组成员聂奇缘（右）讨论第二代10公斤级高纯锗探测器所采集的实验数据情况。
↑7月3日，在中国锦屏地下实验室，清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组锦屏现场实验负责人杨丽桃博士在检查第二代10公斤级高纯锗探测器相关情况。
↑7月3日，在中国锦屏地下实验室，清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组成员聂奇缘在检查第二代10公斤级高纯锗探测器所采集的实验数据情况。
杨丽桃博士形容直接探测相当于“守株待兔”，因为暗物质信号数量非常少，就要把实验地点选在干扰尽可能少的地方，排除包括宇宙射线以及混凝土和不锈钢等材料带来的各种干扰。“锦屏地下实验室是世界上最深的地下实验室，岩石垂直覆盖2400米，在这里接收到的宇宙射线通量是地面接收到的一亿分之一，每年每平方米只有60个左右的宇宙射线，对暗物质探测实验的干扰几乎可以忽略不计。”
此外，为了排除周围材料带来的环境放射性干扰，直径和高度均为6厘米、重达1公斤的圆柱形高纯锗探测器被“层层包裹”——20厘米厚的含硼聚乙烯、20厘米厚的铜、20厘米厚的铅、1米厚的聚乙烯……实验人员通过层层屏蔽搭建了一个非常纯净的空间，把环境本底的干扰信号也降到了最低。
↑7月3日，在中国锦屏地下实验室，清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组锦屏现场实验负责人杨丽桃博士（左）指导合作组成员利用模拟装置，训练装配1公斤级高纯锗探测器，为开展第三代百公斤级高纯锗暗物质实验做准备。
↑7月3日，在中国锦屏地下实验室，清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组成员利用模拟装置，训练装配1公斤级高纯锗探测器，为开展第三代百公斤级高纯锗暗物质实验做准备。
杨丽桃博士还打了一个形象的比喻来形容暗物质探测实验研究的方式和实验结果：深海捕鱼。
“就像我们在深海里面捕鱼一样，暗物质就是鱼，我们不知道鱼大鱼小，所以要用不同的渔网（不同的探测器技术），有的网眼大一点，可以捕到大鱼，小鱼就漏过去了；有的网眼小一点，大鱼也能捕，小鱼也能捕，但是如果鱼太大，它就把网撞破逃走了。”
“渔网撒在海域里面来回走一圈，结果发现海平面以下100米之内没有我要找的鱼，那么我就会进一步改善渔网缆绳，去100米到200米的深度再走一圈，如果也没有发现鱼，就会往更深走……现在已经达到相当于几千米深度，也就是海平面以下几千米都没有我要找的鱼。因此，这部分已经扫过的海域没有鱼，就被排除掉了。对应到暗物质实验的结果表示时，如果没有探测到暗物质信号，就用排除线将已经扫描过的暗物质参数空间排除，进一步缩小暗物质可能存在的参数空间。”
二期实验空间将超过30万立方米
随着实验不断深入，探测器技术的难度随之增加，挑战性也在增加。
清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组于2010年入驻锦屏地下实验室并投入实验，从高纯锗探测器只有1公斤重的CDEX-1,到10公斤重的CDEX-10，再到目前正在建设的百公斤级探测器阵列，探测器的规模和实验灵敏度都在不断提升。
↑7月3日，在中国锦屏地下实验室，清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组锦屏现场实验负责人杨丽桃博士站在厚达1米的聚乙烯门内检查设备。在这个实验场所内，圆柱形的高纯锗探测器被“层层包裹”，通过层层屏蔽搭建了一个非常纯净的空间，把环境本底干扰信号降到最低。
↑7月3日，在中国锦屏地下实验室，清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组成员景明坤在查看实验数据。
↑7月3日，在中国锦屏地下实验室，清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组成员王钰锋（右）和梁艺帆将液氮灌入小型液氮罐中，为探测器测试做准备。
↑7月3日，在中国锦屏地下实验室，清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组成员王钰锋将液氮灌入小型液氮罐中，为探测器测试做准备。
↑7月3日，在中国锦屏地下实验室，清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组锦屏现场实验负责人杨丽桃博士（右）与实验组成员梁艺帆（左）、王钰锋在开展面向第三代百公斤级高纯锗暗物质实验的新型高纯锗探测器测试。
目前，位于实验室二期C1厅的大型低温液氮屏蔽装置已经基本建设完成，这里将能放置吨级高纯锗暗物质探测器进行实验。这个大型低温液氮恒温器直径15米，高20米，液氮容积1725立方米，探测器置于其中，将从各个角度被至少6.5米厚的液氮完全包裹，“这些液氮一方面可以制冷，一方面用于屏蔽干扰信号，将为暗物质实验和无中微子双贝塔衰变实验提供非常洁净的实验条件。”杨丽桃博士介绍道。
↑2022年底，施工人员在中国锦屏地下实验室二期D2厅开展防水抑氡施工。该防水抑氡层有10厘米厚，可以有效防止岩洞内地下水的渗透以及抑制岩层内的有害气体氡气扩散。
↑7月4日，在中国锦屏地下实验室二期C1厅，杨丽桃博士在检查大型低温液氮屏蔽装置情况。这个大型低温液氮恒温器直径15米，高20米，液氮容积1725立方米，里面将能放置吨级高纯锗暗物质探测器进行实验。
↑7月4日，工人在中国锦屏地下实验室二期建设现场施工。
↑7月4日，工人在中国锦屏地下实验室二期C1厅建设现场施工。
站在建设中的C1厅，记者看到顶部和周边岩壁的防水抑氡工程已经完成，正在进行钢结构安装。据介绍，实验室C大厅宽14米、高14米、长130米，二期项目将形成4厅8室的整体格局，可利用实验空间超过30万立方米，可同时开展更多科学实验项目。除了暗物质探测实验研究以外，还将开展包括中微子物理、核天体物理、岩石力学等领域的研究。
从最初的跟跑，到现在的并跑和部分领域的领跑，中国暗物质探测研究已经在国际上占据一席之地。“通常是我们发表一个国际领先的成果，几个月或者一两年之后，国际其他实验组会发表更为领先的成果，我们就这样不断交替领先。”
据杨丽桃博士介绍，依托中国锦屏地下实验室二期工程建设的极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施项目竣工后，中国锦屏地下实验室将成为全世界岩石覆盖厚度最深、宇宙射线通量最小、可用空间最大、交通方便、综合设施完备的国际一流地下实验平台。
探测暗物质的意义何在？
“暗物质探测研究把极小跟极大完美结合在一起，代表了人类认识宇宙的最前沿，这是一件很有意思的事情。”杨丽桃博士做的是粒子物理研究，研究对象是极小粒子，回答的却是宇宙起源、演化等大问题。
他说，暗物质探测研究作为前沿基础研究，比拼的是一个国家的综合实力。在提升探测器性能和实验灵敏度的过程中，暗物质探测实验也推动了相关材料、电子学等领域核心技术的自主研发和产业发展。
↑7月3日，在中国锦屏地下实验室，清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组锦屏现场实验负责人杨丽桃博士在检查第二代10公斤级高纯锗探测器所采集的实验数据情况。
↑7月3日，在中国锦屏地下实验室，清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组成员景明坤在检查实验数据。
↑7月3日，在中国锦屏地下实验室，清华大学牵头的中国暗物质实验（CDEX）合作组成员对准备采购的铜样品进行本底辐射检测，这是检测前打磨铜样品的氧化层。
从四川省凉山州西昌市区前往中国锦屏地下实验室的山路上，长长短短的隧道一个接着一个。实验室所在的17.5公里长的锦屏山隧道，杨丽桃在过去的十多年里已经进出上千次，但每一次前往实验室时他依然非常兴奋，“因为每天都充满了未知，充满了挑战”，就像汽车穿过幽暗的隧道开出洞口的刹那将是一片光明。
↑7月4日，在中国锦屏地下实验室二期排水洞，杨丽桃博士在检查洞壁情况。
↑7月4日，在中国锦屏地下实验室二期C2厅，杨丽桃博士在检查组合式固体辐射屏蔽装置中聚乙烯屏蔽舱的建设进展情况。该聚乙烯屏蔽舱由多层不规则排列的聚乙烯块构成，可以有效屏蔽周围环境的中子本底干扰。
↑7月4日，杨丽桃博士走向中国锦屏地下实验室二期C厅。
“我们希望能够早一点探测到暗物质，把它研究清楚。假如没有探测到暗物质，也告诉后人这条路走不通，可以走别的路。所以，不管发现还是没发现暗物质，都是人类认识宇宙的一个进步。”杨丽桃说。
策划：兰红光、杨三军
统筹：王毓国、周相吉、金立旺
记者：金立旺、沈伯韩、田薇薇
视频剪辑：田薇薇
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美编：穆问春
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