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春節(jié)期間值守在2400米的地下深處

中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室PandaX實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)積極投身設(shè)施恢復(fù)運(yùn)行

發(fā)布時間:2024-02-15 作者:焦小新 來源:中國教育新聞網(wǎng)

202312月,位于四川省涼山州的中國錦屏地下實(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。為了大設(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)行了探測器的第一階段升級。在歐美同類型實(shí)驗(yàn)的激烈競爭下,PandaX-4T實(shí)驗(yàn)需要盡快恢復(fù)物理取數(shù)。春節(jié)期間將是實(shí)驗(yàn)恢復(fù)運(yùn)行的關(guān)鍵階段,2名教師將帶領(lǐng)4名研究生進(jìn)駐錦屏地下實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場值班完成運(yùn)行恢復(fù),并將啟動時間投影室探測器系統(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,并改造循環(huán)管路進(jìn)一步去除放射性本底噪聲。

研究人員在現(xiàn)場

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。上海交通大學(xué)是實(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器,探測靈敏度達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。目前正在開展第三代四噸級實(shí)驗(yàn)PandaX-4T,試運(yùn)行數(shù)據(jù)再次刷新了暗物質(zhì)探測的極限,并在國際上首次系統(tǒng)全面研究了暗物質(zhì)電磁屬性。

上海交通大學(xué) 物理與天文學(xué)院副教授 黃俊挺:

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。一般粒子物理實(shí)驗(yàn)都是每天24小時值班,全年不間斷,以保證探測器運(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)生的時候在其它實(shí)驗(yàn)上也會在假期值班。

值班是了解探測器運(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。這個目標(biāo)給了我們動力。

這次春節(jié)值班和平時值班一樣,是兩個老師加上一些學(xué)生,我們住在進(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)升級了探測器,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有很大麻煩,現(xiàn)在沒有人的時候還不敢灌水。我們總共要灌900立方米,預(yù)計要好幾周,年后才能完成。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)。最后作為常作為值班常規(guī)的任務(wù),要保證液氙探測器的穩(wěn)定運(yùn)行。由于探測器系統(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。我們有一套系統(tǒng),有問題會發(fā)警報,如果自己解決不了,就聯(lián)系相關(guān)系統(tǒng)的專家解決。

除了老師學(xué)生外,我們的司機(jī)陳師傅過年也在山上。我們進(jìn)洞必須要有一個司機(jī)。他是四川人,過年要給我們準(zhǔn)備火鍋。年前幾天還要下山采購一些年貨。和平時一樣,大家在山上也會有一些活動,比如打羽毛球,玩桌游等。我最近從學(xué)生那里學(xué)會了打“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。

上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院 2019級博士研究生 曾鑫寧:

2018年,劉江來教授的一場報告,讓我知道這宇宙星辰與我有關(guān)。從那時起,仰望星空的好奇與想象,變成了腳踏實(shí)地的鉆研與摸索。

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。基于雙相液氙時間投影室技術(shù)的暗物質(zhì)探測實(shí)驗(yàn)尤其如此。探測器由多個子系統(tǒng)構(gòu)成,時間投影室,制冷,刻度,精餾,電子學(xué)等等。用來搭建系統(tǒng)的每一個材料和部件都需要經(jīng)過嚴(yán)格的放射性檢驗(yàn),每一個結(jié)構(gòu)也都經(jīng)過了反復(fù)討論與測試。這一切都是為了讓我們的探測器足夠干凈,保證當(dāng)暗物質(zhì)來臨時,我們能夠觀測到它。探測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,又是另外一項(xiàng)難題。已經(jīng)數(shù)不清有多少個日夜,和老師同學(xué)們討論數(shù)據(jù)中看到的“異常”情況,通過數(shù)據(jù)中看到的蛛絲馬跡,推理探測器中發(fā)生的物理過程。是程序有誤還是真實(shí)物理?是電極打火還是PMT異常?還是,這真的就是暗物質(zhì)信號?劉老師曾和我說數(shù)據(jù)分析就像一個偵探破案,猜測、討論、驗(yàn)證、失敗推倒重來,然后繼續(xù)猜測驗(yàn)證,直到真相浮出水面。

本世紀(jì)以來,國際上相繼開展了20多個暗物質(zhì)探測實(shí)驗(yàn)。14年間,一批批熊貓人前赴后繼,扎根地下2400米,造出了世界上最靈敏的探測器之一。不僅填補(bǔ)了國內(nèi)液氙探測領(lǐng)域的空白,還在國際上處于領(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《自然》(Nature)論文,對暗物質(zhì)有多暗這一基礎(chǔ)問題給出了回答。同時,我們還在物理學(xué)頂級期刊《物理評論快報》上發(fā)表多篇論文,描繪了完備的暗物質(zhì)研究藍(lán)圖。

經(jīng)過全球科學(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。“誰能率先找到暗物質(zhì),誰就能在科學(xué)上走在前頭”。探測器持續(xù)穩(wěn)定長時間的采數(shù)對于暗物質(zhì)探測實(shí)驗(yàn)的靈敏度來說非常重要。在當(dāng)前的國際競爭局勢下,盡管已經(jīng)取得了一些成就,但我們?nèi)孕璺俑嗬^晷。今年春節(jié),很榮幸,能夠從前輩的手中接過科研的接力棒,堅(jiān)守在2400m的地下實(shí)驗(yàn)室,保證探測器的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。每每想起曾經(jīng)的熊貓人,如肖夢姣、談安迪等優(yōu)秀學(xué)長的在探測器研發(fā)早期經(jīng)歷的種種故事和他們身上所散發(fā)出的優(yōu)秀科學(xué)家品質(zhì),我的內(nèi)心都會有一種油然而生的崇敬。而現(xiàn)在,能像他們一樣,在這樣的特殊時刻為我國科研事業(yè)貢獻(xiàn)自己的一份力量,也讓我的春節(jié)過得更加充實(shí)而富有意義。(中國教育新聞網(wǎng)記者 焦小新)

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