这些“深不可测”的实验室，在做着什么不为人知的实验？

实验室为什么会建在地下？...



2010年12月12日，清华大学与二滩水电开发有限责任公司开展战略合作建立的中国首个世界最深的地下实验室——中国锦屏地下实验室(China Jinping Underground Laboratory , CJPL)正式启用。

深地下实验室为开展粒子物理学、天体物理学及宇宙学等领域的暗物质探测研究、中微子振荡、质子衰变等一些重大基础性前沿课题研究提供了重要实验场所和良好的低本底环境，也为开展岩体力学、地球结构演化、生态学等学科相关实验研究提供了良好的实验环境。今天大院er带领大家认识一下世界上著名的地下实验室。

实验室环境条件非常好，其宇宙射线流量是地面的百万分之一，放射性参数是地面的千分之一，可用于实验的区域主要有3个大厅(长100m×宽20m×高18m)，同时建有90m长的隧道提供配套服务。实验室内设有办公室、会议室、电脑网络室、机械车间、电子车间、化学实验室、图书馆和仓储设施等，总面积1.73万m2，总容积18万m3。格兰萨索实验室是世界上对物质稳定性、太阳中微子和原始磁单极研究以及大量多学科间研究项目研究的重要实验室。DUSEL是Homestake地下实验室的扩建工程，位于美国南达科他州布莱克山的废弃矿井中。按照美国杜赛尔（DUSEL）地下实验室的建设规划，该地下实验室首期将建设一个岩石覆盖厚度为1500m的地下实验室，并开展实验工作。未来将不断建设，最终将建设一个深度为2300m的地下实验室。DUSEL不仅可以开展暗物质探测、中微子探测、双 β 衰变、核天体物理实验，而且能够实施科学、技术、工程创新，包括微生物学研究及低截面测量、钻探技术、地下成像、分析技术、纯晶体创作研究等。美国南达科塔州的桑福德地下实验室（SURF）就位于霍姆斯特克金矿的废弃矿井中，霍姆斯特克矿山运营着北美埋藏最深、最富有的金矿，2001 年霍姆斯特克矿山关闭，5 年后Barrick Gold矿业公司将该矿产捐赠给了南达科塔州作为地下实验室。在桑福德实验室进行的前2个主要实验位于地下1478m的区域，分别是大型地下氙（LUX）暗物质实验和长基线中微子设备及相关的深层地下中微子实验（LBNF/DUNE）。此外，桑福德实验室还主持了生物学、地质学和工程学等领域的实验项目。

加拿大的SNO深地下实验室在2010年前曾是世界上正在运行的岩石覆盖最深的地下实验室，位于一个废弃的地下矿井中，其垂直岩石覆盖厚度达到约2000m，实验室容积约为3万m3。在SNO实验室中开展了多项粒子物理实验研究，其中最著名的就是利用数万吨重水来观测大气和太阳中微子的振荡实验，其实验结果证实了中微子振荡的存在，该探测器于1999年5月开启，并于2006年11月28日关闭，实验主任ArtMcDonald于2015 年共同获得诺贝尔物理学奖。

日本神岗深地下实验室位于日本神岗附近的一个矿井中，其垂直岩石覆盖厚度达到约1000m，容积超过5万m3。超级神岗探测器是这个深地下实验室建造的大型中微子探测器，最初目标是探测质子衰变，同时也能够探测太阳、地球大气和超新星爆发产生的中微子。1987 年2 月，神岗探测器与美国的探测器共同发现了大麦哲伦云中超新星1987A 爆发时产生的中微子，这是人类首次探测到太阳系以外的天体产生的中微子。2002年，超级神岗探测器证实反应堆中产生的中微子发生了振荡。摩丹地下实验室位于法国东部边境小镇摩丹的地下，简称LSM。LSM 创建于20世纪80年代初，LSM 深藏于阿尔卑斯山脉弗雷瑞斯山峰下1700m的岩石中，实验室面积400m2，空间容积约3500m3。LSM于1982年正式开放，最初用于屏蔽大气中的宇宙射线，探测质子潜在的不稳定性，开展天体物理的基础研究，揭示宇宙的奥秘(起源、组成和演变) 。1988年后，通过国际合作，研究扩展至暗物质、中微子、双β衰变和超重化学元素，涉及核物理、粒子物理、宇宙学、地球科学、光谱学、微电子学等诸多学科领域。英国的伯毕深地下实验室位于英国东北部的伯毕矿井中，其垂直岩石覆盖厚度达1100m，实验空间约为5000m3。在伯毕深地下实验室中，开展了利用液气二相氙直接探测暗物质的实验项目ZEPLIN，以及利用时间投影室开展具有暗物质粒子方向测量能力的Drift实验项目。英国粒子物理和天文学研究理事会投资3100万英镑，改进伯毕地下1100m 深处盐钾碱矿中的实验室设备。这个世界一流的英国暗物质实验中心于2003年4月28日正式启动，主要致力于探测弱相互作用大质量粒子，希望能解开宇宙大部分物质的丢失之谜。前苏联从20世纪60年代初开始选择深地下实验室地址，最终选在了北高加索山麓。实验室建设者们沿水平方向挖出一条隧道，直通安德尔奇山脉的地下深处。这项工程于1967年开工。研究方向包括通过探测中微子，研究太阳，恒星，星系核和宇宙其他物体的内部结构和演化；利用人工中微子源研究中微子特性；搜索各种现代理论模型预测的新粒子；研究高能宇宙射线，寻找引力波；研究宇宙因素对大气和地球表面过程的影响等。

韩国襄阳深地下实验室建在一个抽水蓄能电站地下厂房附近的隧道中，其垂直岩石覆盖厚度约为700m，实验室空间约为1000m3。中国清华大学暗物质实验组从2000年开始参与韩国襄阳深地下实验室的建设、重要参数测量和暗物质实验研究工作。目前韩国开展了碘化铯晶体直接探测暗物质的实验和钼酸钙晶体测量双 β 衰变的实验。2005 年，清华大学正式在该实验室开展其所领导的低能量阈高纯锗探测器直接探测暗物质的实验项目，为我国暗物质实验技术的探索和实验人才的培养奠定了良好的基础。

中国首个极深地下实验室——“中国锦屏地下实验室”2010年12月12日在四川雅砻江锦屏水电站揭牌并投入使用，锦屏地下实验室垂直岩石覆盖达2400m，是目前世界岩石覆盖最深的实验室。该实验室地下空间包括入口隧道、连接隧道和主实验厅三部分，其中主实验厅长40m，宽 6.5m，高 7.5m，总容积约为4000 m3。2010年12月由清华大学主导，四川大学、中国原子能科学研究院和南开大学等单位参与的中国暗物质实验（China  Dark matter  Experiment,CDEX）合作组在实验室建成后进驻开展暗物质研究。

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