德媒：中國建最深實驗室尋找暗物質 令西方緊張
德國《南德意志報》6月9日文章，原題：中國的地下實驗室，物理學家的天堂
在四川，中國希望打造一個無與倫比的極深地下實驗室。在物理學家眼里，中國近乎創造了一個天堂，但這也讓一些西方研究者很緊張。
“中國錦屏地下實驗室”利用為水電站修建的錦屏山隧道建成。其垂直巖石覆蓋達2400米，是目前世界上巖石覆蓋最深的地下實驗室。與其相比，位于意大利中部格蘭薩索山區的歐洲地下試驗室就像個游戲室。在川藏群山下，粒子物理學家最頭痛的宇宙線的強度比格蘭薩索山區要弱200倍，為實驗提供了“干凈”的環境。
地下實驗室是粒子物理和天體物理學等領域的暗物質探測研究、中微子實驗等重大基礎性前沿課題的重要研究場所。實驗室采用的高純鍺探測器，不但需要尖端技術還需大量資金投入。中國專家表示，“錢在我們國家不是問題。”
資料圖：中國的地下實驗室，物理學家的天堂
資料圖：中國的地下實驗室，物理學家的天堂
對許多歐美研究人員來說，中國地下實驗室的條件猶如天堂。而中國也正在吸引世界名列前茅的學者前往四川開展科研。但與中方合作的人須清楚一點，中國將主導實驗的一切。這從中方拒絕西方提供部分資金就可看出。中國只對西方科學家的經驗和知識感興趣。對美國人來說，中國人雄心勃勃的計劃令其受挫，一些美國物理學家已出訪四川并留在那里工作。
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在崛起成為高科技和宇航國家后，中國希望進入基本粒子物理這樣的高端科學領域。目前甚至有說法稱，歐洲核子研究中心規模巨大的粒子加速器的下一代裝置或將在華建造。慕尼黑的馬克斯·普朗克研究所也有打算，把計劃中的大型鍺探測器項目在中國變成現實。
中國的大膽步伐將顛覆耗資巨大的粒子物理研究領域。20年前這場競賽還在美歐間展開。如今這個新興大國已不甘于在西方各研究機構中扮演客人的角色。問題已變成：誰能緊跟中國的步伐？
我國將在2500米地下建暗物質探測實驗室
2009年5月8日，清華大學和二灘水電開發有限責任公司簽訂戰略合作協議，協議的一項重要內容是，在覆蓋層深度達2500米以上的錦屏山引水隧洞旁，設立我國第一個極深地下暗物質探測實驗室，“在這個世界上具有暗物質研究最好環境條件的實驗室，研究暗物質有望為物理學作出貢獻”。清華大學副校長康克軍說。
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資料圖：12月12日，垂直巖石覆蓋達2500米的世界最深、中國首個極深地下實驗室——“中國錦屏地下實驗室”在四川雅礱江錦屏水電站正式投入使用。這標志著中國已具備開展物理學重大基礎前沿科學研究的自主地下實驗平臺，對推動中國重大基礎前沿課題的自主研究和應用研究意義重大。圖為國務院國資委副主任邵寧、國家自然科學基金委副主任沈文慶院士、清華大學黨委書記胡和平、二灘公司總經理陳云華共同為“中國錦屏地下實驗室”揭牌。中新社記者 楊杰 攝
資料圖：12月12日，垂直巖石覆蓋達2500米的世界最深、中國首個極深地下實驗室——“中國錦屏地下實驗室”在四川雅礱江錦屏水電站正式投入使用。這標志著中國已具備開展物理學重大基礎前沿科學研究的自主地下實驗平臺，對推動中國重大基礎前沿課題的自主研究和應用研究意義重大。圖為國務院國資委副主任邵寧、國家自然科學基金委副主任沈文慶院士、清華大學黨委書記胡和平、二灘公司總經理陳云華共同為“中國錦屏地下實驗室”揭牌。中新社記者 楊杰 攝
“暗物質研究是目前宇宙學、天體物理領域非常熱門的課題。”在協議簽署儀式上，康克軍說，由于受到目前探測技術的限制和外界其他物質的干擾，暗物質研究非常難。清華大學對暗物質研究處于國際前沿水平，有一批專家長期與韓國、美國等國外學者致力于該領域研究，但好的實驗研究環境很難尋找，二灘公司正在進行的錦屏水電站的開發，為研究提供了難得的平臺。“錦屏山引水隧洞是世界最大規模引水隧洞群，覆蓋層深度達2500米以上。這就為宇宙學研究提供了機會。”這一難得的與外界隔離環境，可大大減少研究中外界的干擾。根據協議，清華大學和二灘將建立我國第一個極深地下暗物質探測實驗室，“這是目前世界上最好的暗物質研究的環境”。
暗物質被認為是宇宙研究中最具挑戰性的課題，它代表了宇宙中90%以上的物質含量，它們既不發光也不吸收光，而我們可以看到的物質只占宇宙總物質量的10%不到。中微子和黑洞是現在已經知道的兩種暗物質，但其對暗物質總量的貢獻非常微小，暗物質中的絕大部分現在還不清楚，其本質現在還是個謎。幾十年前，科學家提出暗物質理論，現在科學界已接受暗物質是宇宙的重要組成部分的觀點，并認為是暗物質主導了宇宙結構的形成，如果沒有暗物質就不會形成星系、恒星和行星，也就更談不上今天的人類了。
暗物質是什么？暗物質的發現有什么意義
我們常常說世界是由原子組成的。無論是銀河系里的恒星，還是有智慧的人類概莫能外。
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現代科學將原子細分為多種不同類型的基本粒子，然后又根據它們的基本相互作用類型進行分類。
我們在物理課上學到的彈性力、摩擦力、壓力、支持力等等，在原子或亞原子的層面上，都是通過電磁相互作用實現的。這就是其中一種基本相互作用。除此之外，還有強相互作用（負責束縛原子核中的中子、質子等），弱相互作用（負責放射性衰變等），引力相互作用（如果引力理論最終能夠結合量子力學的話）。
也就是說，物理學家眼中的世界是基本粒子+基本相互作用。假如世界上有一種新的未知現象，物理學家首先會想到在已知的模型中尋找對應解釋。如果實在找不到，就想辦法對已有的理論修修補補，以期能解釋新的發現。
資料圖：歐洲核子中心的大型強子對撞機 (LHC) 的建造一直在穩步前行
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資料圖：在南極探測暗物質粒子的試驗氣球
暗物質的概念就是這樣來的。首先，天文學家發現許多星系中都存在額外的看不見的引力源。其次，宇宙學家把宇宙的膨脹速度的大小，跟所有觀測到的星系、塵埃、輻射等等物質的總質量放進廣義相對論方程里比較。結果發現宇宙的總質量應該遠遠大于已知物質的總質量。第三，物理學家曾經在計算機中模擬一團原始物質在引力和宇宙膨脹的共同作用下，逐漸聚集成星系的過程。如果假設宇宙中不存在額外的物質，那么模擬結果就和實際的觀測對不上。如果假設存在一種大質量的粒子，只參與弱相互作用和引力，不參與其它相互作用的話，并且占宇宙的總質量的比例大概在20%多時，模擬結果就比較理想了。
種種未知現象都迫使天文學家和物理學家提出，宇宙中存在一種”暗物質“。主流觀點認為，暗物質是一種大質量、弱相互作用粒子，簡稱為WIMP。這種粒子不是某類具體的粒子，而是一個總稱。滿足這個要求的候選粒子不止一種。
我記得暗物質的特點是在星系中呈球狀分布，而不像原子物質聚集成一個盤。所以，地球附近的暗物質的總質量不會對我們產生影響（否則在牛頓時期就會發現了）。暗物質對于理解宇宙的形成、演化，對于完善物理學基本理論都有重要意義。畢竟，宇宙一詞不但包括我們看得見的那一小部分，還得包括我們看不見的那一大部分。
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