中國錦屏地下實驗室PandaX實驗團隊積極投身設施恢復運行

2023年12月，位于四川省涼山州的中國錦屏地下實驗室二期項目錦屏大設施正式投入科學運行。為了大設施建設，PandaX-4T實驗停機1年，并在停機期間進行了探測器的第一階段升級。在歐美同類型實驗的激烈競爭下，PandaX-4T實驗需要盡快恢復物理取數(shù)。春節(jié)期間將是實驗恢復運行的關鍵階段，2名教師將帶領4名研究生進駐錦屏地下實驗室現(xiàn)場值班完成運行恢復，并將啟動時間投影室探測器系統(tǒng)、光電讀出系統(tǒng)、電子學系統(tǒng)、制冷循環(huán)系統(tǒng)、精餾提純系統(tǒng)等聯(lián)合運行，并改造循環(huán)管路進一步去除放射性本底噪聲。

PandaX實驗坐落在錦屏地下實驗室，利用液氙尋找宇宙中暗物質和中微子信號。上海交通大學是實驗牽頭單位，合作單位包括北京大學、北京航空航天大學、山東大學、復旦大學、中國科學技術大學、中山大學、南開大學、成都理工大學和雅礱江水電公司。從2009年開始，經過十幾年的發(fā)展，實驗團隊先后研制了三代液氙探測器，探測靈敏度達到了國際領先水平。目前正在開展第三代四噸級實驗PandaX-4T，試運行數(shù)據(jù)再次刷新了暗物質探測的極限，并在國際上首次系統(tǒng)全面研究了暗物質電磁屬性。

上海交通大學 物理與天文學院副教授 黃俊挺：

我是第一次春節(jié)在錦屏值班，我們實驗組是每年不同的老師輪流來。一般粒子物理實驗都是每天24小時值班，全年不間斷，以保證探測器運行。世界各地的粒子物理實驗都一樣，所以總是有人在假日值班。當學生的時候在其它實驗上也會在假期值班。

值班是了解探測器運行的最好方式，非常有用也很有趣。我們的目標是研究暗物質是什么以及中微子的基本性質，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系。這個目標給了我們動力。

這次春節(jié)值班和平時值班一樣，是兩個老師加上一些學生，我們住在進地下實驗洞口附近的宿舍里。一般值班一天進洞兩次，早晨和下午。2022年后期到2023年底由于錦屏二期施工，我們借機升級了探測器，近期才初步恢復運行。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點到晚上11點，主要是擔心純水系統(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，寒假期間要為準備它們準備高壓和讀出系統(tǒng)。最后作為常作為值班常規(guī)的任務，要保證液氙探測器的穩(wěn)定運行。由于探測器系統(tǒng)比較復雜，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)系相關系統(tǒng)的專家解決。

除了老師學生外，我們的司機陳師傅過年也在山上。我們進洞必須要有一個司機。他是四川人，過年要給我們準備火鍋。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。我最近從學生那里學會了打“烏諾”，一種紙牌游戲，挺有趣的，和學生打交道自己也年輕了。

上海交通大學物理與天文學院 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。從那時起，仰望星空的好奇與想象，變成了腳踏實地的鉆研與摸索。

粒子物理實驗與大多數(shù)人想象中的科研不同，它既是基礎物理的前沿課題，也是工程技術的卡脖子難題?；陔p相液氙時間投影室技術的暗物質探測實驗尤其如此。探測器由多個子系統(tǒng)構成，時間投影室，制冷，刻度，精餾，電子學等等。用來搭建系統(tǒng)的每一個材料和部件都需要經過嚴格的放射性檢驗，每一個結構也都經過了反復討論與測試。這一切都是為了讓我們的探測器足夠干凈，保證當暗物質來臨時，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)中搜尋暗物質的信號，又是另外一項難題。已經數(shù)不清有多少個日夜，和老師同學們討論數(shù)據(jù)中看到的“異?！鼻闆r，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物理？是電極打火還是PMT異常？還是，這真的就是暗物質信號？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、驗證、失敗推倒重來，然后繼續(xù)猜測驗證，直到真相浮出水面。

本世紀以來，國際上相繼開展了20多個暗物質探測實驗。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。不僅填補了國內液氙探測領域的空白，還在國際上處于領先地位。2023年，我們團隊發(fā)表了全球同類實驗首篇《自然》（Nature）論文，對”暗物質有多暗“這一基礎問題給出了回答。同時，我們還在物理學頂級期刊《物理評論快報》上發(fā)表多篇論文，描繪了完備的暗物質研究藍圖。

經過全球科學家的共同努力，暗物質參數(shù)空間不斷被壓縮，留給人類的未至之境已經不多了。“誰能率先找到暗物質，誰就能在科學上走在前頭”。探測器持續(xù)穩(wěn)定長時間的采數(shù)對于暗物質探測實驗的靈敏度來說非常重要。在當前的國際競爭局勢下，盡管已經取得了一些成就，但我們仍需焚膏繼晷。今年春節(jié)，很榮幸，能夠從前輩的手中接過科研的接力棒，堅守在2400m的地下實驗室，保證探測器的持續(xù)穩(wěn)定運行。每每想起曾經的熊貓人，如肖夢姣、談安迪等優(yōu)秀學長的在探測器研發(fā)早期經歷的種種故事和他們身上所散發(fā)出的優(yōu)秀科學家品質，我的內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)貢獻自己的一份力量，也讓我的春節(jié)過得更加充實而富有意義。（中國教育新聞網記者 焦小新）