在這個(gè)闔家團(tuán)圓的新春佳節(jié)，錦屏地下實(shí)驗(yàn)室PandaX實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的師生仍堅(jiān)守在地下2400米的科研崗位上。
錦屏地下實(shí)驗(yàn)室位于四川，是我國(guó)首個(gè)極深地下實(shí)驗(yàn)室，于2010年啟動(dòng)，2021年開始擴(kuò)建，經(jīng)歷三年時(shí)間，2023年12月實(shí)驗(yàn)室二期項(xiàng)目錦屏大設(shè)施正式投入科學(xué)運(yùn)行。
PandaX實(shí)驗(yàn)坐落在錦屏地下實(shí)驗(yàn)室，利用液氙尋找宇宙中暗物質(zhì)和中微子信號(hào)。上海交通大學(xué)為實(shí)驗(yàn)牽頭單位，合作單位包括北京大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、山東大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中山大學(xué)、南開大學(xué)、成都理工大學(xué)和雅礱江水電公司。從2009年開始，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)先后研制了三代液氙探測(cè)器，探測(cè)靈敏度達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。
目前正在開展第三代四噸級(jí)實(shí)驗(yàn)PandaX-4T。此前由于大設(shè)施建設(shè)，PandaX-4T實(shí)驗(yàn)停機(jī)1年，并在停機(jī)期間進(jìn)行了探測(cè)器的第一階段升級(jí)。在歐美同類型實(shí)驗(yàn)的激烈競(jìng)爭(zhēng)下，PandaX-4T實(shí)驗(yàn)需要盡快恢復(fù)物理取數(shù)。
這個(gè)春節(jié)期間是實(shí)驗(yàn)恢復(fù)運(yùn)行的關(guān)鍵階段，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的2名教師帶領(lǐng)4名研究生進(jìn)駐錦屏地下實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)值班完成運(yùn)行恢復(fù)，并將啟動(dòng)時(shí)間投影室探測(cè)器系統(tǒng)、光電讀出系統(tǒng)、電子學(xué)系統(tǒng)、制冷循環(huán)系統(tǒng)、精餾提純系統(tǒng)等聯(lián)合運(yùn)行，改造循環(huán)管路進(jìn)一步去除放射性本底噪聲。
“過(guò)年時(shí)間都是人為規(guī)定的，我們可以選個(gè)其它時(shí)間過(guò)”
上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院副教授黃俊挺是今年春節(jié)值守在地下2400米的教師之一。
“我是第一次春節(jié)在錦屏值班，我們實(shí)驗(yàn)組是每年不同的老師輪流來(lái)。一般粒子物理實(shí)驗(yàn)都是每天24小時(shí)值班，全年不間斷，以保證探測(cè)器運(yùn)行。世界各地的粒子物理實(shí)驗(yàn)都一樣，所以總是有人在假日值班。當(dāng)學(xué)生的時(shí)候在其它實(shí)驗(yàn)上也會(huì)在假期值班。”黃俊挺介紹。
他說(shuō)，值班是了解探測(cè)器運(yùn)行的最好方式，非常有用也很有趣。“我們的目標(biāo)是研究暗物質(zhì)是什么以及中微子的基本性質(zhì)，這些都和宇宙的演化、星系的形成以及我們?yōu)槭裁创嬖谟忻芮嘘P(guān)系。這個(gè)目標(biāo)給了我們動(dòng)力。”
這次春節(jié)值班和平時(shí)值班一樣，是兩名老師加幾名學(xué)生，他們住在進(jìn)地下實(shí)驗(yàn)洞口附近的宿舍里。一般值班一天進(jìn)洞兩次，早晨和下午。
“2022年后期到2023年底由于錦屏二期施工，我們借機(jī)升級(jí)了探測(cè)器，近期才初步恢復(fù)運(yùn)行。目前還差純水屏蔽體，我們現(xiàn)在每天排班灌純水，從早晨9點(diǎn)到晚上11點(diǎn)，主要是擔(dān)心純水系統(tǒng)離電源太近，要是意外漏水可能會(huì)有很大麻煩，現(xiàn)在沒(méi)有人的時(shí)候還不敢灌水。我們總共要灌900立方米，預(yù)計(jì)要好幾周，年后才能完成。”談起春節(jié)值守期間的任務(wù)，黃俊挺介紹，“還有就是去年年底我們安裝了幾百只光電倍增管作為反符合系統(tǒng)的一部分，寒假期間要為準(zhǔn)備它們準(zhǔn)備高壓和讀出系統(tǒng)。最后，作為值班常規(guī)的任務(wù)，要保證液氙探測(cè)器的穩(wěn)定運(yùn)行。由于探測(cè)器系統(tǒng)比較復(fù)雜，尤其是制冷系統(tǒng)，有許多參數(shù)需要監(jiān)測(cè)。我們有一套系統(tǒng)，有問(wèn)題會(huì)發(fā)警報(bào)，如果自己解決不了，就聯(lián)系相關(guān)系統(tǒng)的專家解決。”
對(duì)于春節(jié)值班，黃俊挺表示，“過(guò)年時(shí)間都是人為規(guī)定的，我們可以選個(gè)其它時(shí)間過(guò)，帶家人和娃出去，自己給自己放假。科學(xué)研究還是自由度很大的，大家不要被嚇到了，認(rèn)為有多艱苦要做多大犧牲什么的。科學(xué)研究是非常有趣的，一般人們還要花錢到山里度假，我們工作和玩合為一體了，以后我希望有機(jī)會(huì)帶自己小孩上山來(lái)看一看。我希望大家也能讓自己小孩了解到科學(xué)研究多種‘酷’的方面。”
他還表示，春節(jié)值班期間的日子其實(shí)并不單調(diào)無(wú)聊。
“除了老師學(xué)生外，我們的司機(jī)陳師傅過(guò)年也在山上。我們進(jìn)洞必須要有一名司機(jī)。他是四川人，說(shuō)過(guò)年給我們準(zhǔn)備火鍋，年前幾天下山采購(gòu)一些年貨。”黃俊挺說(shuō)，和平時(shí)一樣，大家在山上也會(huì)有一些活動(dòng)，比如打羽毛球，玩桌游等。他最近從學(xué)生那里學(xué)會(huì)了打“烏諾”（一種紙牌游戲），挺有趣的，和學(xué)生打交道自己也年輕了。
“今年春節(jié)很榮幸能堅(jiān)守在2400米的地下實(shí)驗(yàn)室”
和黃俊挺一樣，今年春節(jié)，上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院2019級(jí)博士研究生曾鑫寧也值守在錦屏地下實(shí)驗(yàn)室。
春節(jié)不能回家過(guò)年的曾鑫寧表示，“今年春節(jié)很榮幸能夠從前輩的手中接過(guò)科研的接力棒，堅(jiān)守在2400米的地下實(shí)驗(yàn)室，保證探測(cè)器的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。”
對(duì)自己所從事的研究，曾鑫寧介紹，粒子物理實(shí)驗(yàn)與大多數(shù)人想象中的科研不同，它既是基礎(chǔ)物理的前沿課題，也是工程技術(shù)的卡脖子難題。基于雙相液氙時(shí)間投影室技術(shù)的暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)尤其如此。探測(cè)器由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，時(shí)間投影室、制冷、刻度、精餾、電子學(xué)等等。用來(lái)搭建系統(tǒng)的每一個(gè)材料和部件都需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的放射性檢驗(yàn)，每一個(gè)結(jié)構(gòu)也都經(jīng)過(guò)了反復(fù)討論與測(cè)試。這一切都是為了讓探測(cè)器足夠干凈，保證當(dāng)暗物質(zhì)來(lái)臨時(shí)能夠觀測(cè)到它。
“探測(cè)器為我們提供了海量的數(shù)據(jù)，要從海量的數(shù)據(jù)中搜尋暗物質(zhì)的信號(hào)，又是另外一項(xiàng)難題。”曾鑫寧說(shuō)，“已經(jīng)數(shù)不清有多少個(gè)日夜，和老師同學(xué)們討論數(shù)據(jù)中看到的‘異常’情況，通過(guò)數(shù)據(jù)中看到的蛛絲馬跡，推理探測(cè)器中發(fā)生的物理過(guò)程。”
對(duì)于自己所在的團(tuán)隊(duì)，曾鑫寧充滿了自豪。曾鑫寧介紹，本世紀(jì)以來(lái)，國(guó)際上相繼開展了20多個(gè)暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)。十四年間，一批批前輩前赴后繼，扎根地下2400米，造出了世界上最靈敏的探測(cè)器之一，不僅填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)液氙探測(cè)領(lǐng)域的空白，還在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位。
“2023年，我們團(tuán)隊(duì)發(fā)表了全球同類實(shí)驗(yàn)首篇NATURE，對(duì)“暗物質(zhì)有多暗”這一基礎(chǔ)問(wèn)題給出了擲地有聲的回答。同時(shí)，我們還在物理學(xué)頂級(jí)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表多篇論文，描繪了完備的暗物質(zhì)研究藍(lán)圖。”曾鑫寧說(shuō)。
經(jīng)過(guò)全球科學(xué)家的共同努力，暗物質(zhì)參數(shù)空間不斷被壓縮，留給人類的未至之境已經(jīng)不多了。
“誰(shuí)能率先找到暗物質(zhì)，誰(shuí)就能在科學(xué)上走在前頭”。曾鑫寧說(shuō)，探測(cè)器持續(xù)穩(wěn)定長(zhǎng)時(shí)間的采數(shù)對(duì)于暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)的靈敏度來(lái)說(shuō)非常重要。春節(jié)值班期間，曾鑫寧想到的是，前輩們?cè)谔綔y(cè)器研發(fā)早期經(jīng)歷的種種故事和他們身上所散發(fā)出的令人崇敬的優(yōu)秀科學(xué)家品質(zhì)。
“現(xiàn)在，能像他們一樣，在這樣的特殊時(shí)刻為我國(guó)科研事業(yè)貢獻(xiàn)自己的一份力量，讓我的春節(jié)過(guò)得更加充實(shí)而有意義。”曾鑫寧說(shuō)。
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