視覺中國供圖
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在四川涼山，有一處位於地下2500米深的所在，在這個名爲“中國錦屏極深地下暗物質實驗室”裏，有一個40米長、6.5米高、8.5米寬的實驗大廳，這是目前世界上最深、也是條件最好的地下實驗室，也是“熊貓計劃”的實施地。
美國俄亥俄州哥倫布市，幾天前的“2017年度國際高能粒子天體物理大會”上傳出消息，中國“熊貓計劃”項目組發佈對暗物質粒子性質測量的最強限制，中國科學家再次領跑暗物質直接探測的靈敏度，率先取得重大探測成果。這是“熊貓計劃”繼兩年前發佈580公斤級探測儀的首個探測結果後，第二次發佈國際最靈敏暗物質探測結果。
暗物質是何物，宇宙中有暗物質，星系裏有暗物質，我們的身邊也有暗物質，可是我們眼睛卻看不到它，它悄無聲息，且難留痕跡；它不發射任何波段的電磁波，也不與任何電磁波發生相互作用。由於與普通物質沒有直接電磁相互作用，所以暗物質不發光，類似於“幽靈”，無法用通常的辦法看到。儘管如此，但暗物質卻不容任何人小覷，因爲迄今的研究和分析表明，暗物質佔宇宙物質總質量約80%以上。
揭開暗物質微觀粒子本質是21世紀物理與天文學最重要的科學目標之一，國際上探測暗物質粒子的科學研究進行得如火如荼。爲了探測暗物質，科學家想了很多方法， 而中國的“熊貓計劃”的方法是把氙原子作爲靶子進行撞擊，暗物質粒子如果碰撞到氙原子，這種碰撞會轉化爲氙原子的反衝能，發出光電信號，從而被探測器捕捉。
在“熊貓計劃”項目負責人、上海交通大學鴻文講席教授季向東博士看來，科學家探測暗物質粒子的方法類似於“守株待兔”，暗物質粒子彷彿成羣結隊跑來的兔子，氙原子好比森林中一棵棵樹。難免有一兩隻兔子會撞死在某棵樹下，成爲科學家的戰利品。而問題的關鍵在於，大森林裏不只有兔子，還有雄獅猛虎其他動物，誰撞上來的動靜都比兔子大。所以要找一片沒有或少有其他生物出沒的“森林”，中國錦屏地下實驗室就是這片理想的“森林”。
在四川錦屏山內，上方有2400米山體覆蓋，就像天然屏障阻擋了宇宙射線，據測量，實驗室內的宇宙射線通量可以降到地面水平的千萬分之一到億分之一。而地下實驗室所在處不是花崗岩，而是大理岩，其自然放射性相當低，實驗檢測發現其天然放射性比洞外的岩石都低，這些都爲暗物質直接探測實驗提供了非常好的條件。
就是在這種條件下，在過去的一年裏，中國科學家對580公斤液氙探測器的長時間運行，使其對暗物質和普通物質相互作用的探測靈敏度提高了4倍多，但“熊貓計劃”所採用的580公斤液氙探測器並沒有探測到一例暗物質粒子碰撞事件，由此中國科學家得出了碰撞機率的上限。這一發現再次刷新了對暗物質粒子性質限制的世界紀錄。
在科研上，發現一條路和堵死一條路同樣重要， “沒看到”同樣有意義。
作爲基礎物理最爲重要的謎團之一，暗物質的研究吸引了全球衆多物理學家爲之努力，國際上的數個合作小組，都在爲“捉”住暗物質而努力，爲了搶佔先機可謂爭分奪秒，所有實驗合作組都期望率先發現暗物質粒子的信號，暗物質探測的國際競爭非常激烈。
在國際暗物質探測競賽中，已經結束運行的美國LUX合作組在2017年1月正式發表250公斤級探測儀過去4年運行的最終數據，超過了“熊貓計劃”在2016年7月發表的世界最靈敏探測結果。而位於意大利的XENON1T探測器則已成爲目前世界上運行中最大的暗物質探測儀，探測區域的液氙量達2噸。這一實驗合作組也於今年5月公佈了首個結果，其靈敏度又再次超越了美國LUX。
“熊貓計劃”二期探測儀的體量雖然不到歐洲XENON1T的三分之一，但憑藉探測儀優質獨特的性能，經過近半年的持續穩定運行，合作組得到了超越XENON1T的最新探測結果，實現了第二次領先。
中國科學院院士、中國科學院高能物理研究所原所長陳和生說，“熊貓計劃”二期實驗的最新結果表明，中國深地暗物質探測實驗已經處於國際領先水平；中國科學院院士、高能物理實驗學家趙政國則認爲，它表明中國的科學家在探索宇宙、探索自然的最尖端領域，在中國本土也可以作出國際領先的成就。
談及下一步工作，“熊貓計劃”項目科學家、負責實驗數據分析的上海交通大學教授劉江來說，一是提升探測器體量，二是儘可能降低噪聲。他透露，目前正在緊鑼密鼓籌備下一代探測器，將正在使用的580公斤級液氙暗物質探測器升級到4噸。新探測器的各個組件已在建造，接下來是總裝、聯調和測試。中國科學家希望能在2018年終止580公斤級液氙探測器的運行，全力開展升級版探測器的實驗，並爭取在2019年獲得新探測器的第一批數據。本報記者 蔡文清
瑞麗谷
