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春節期間值守在2400米的地下深處

中國錦屏地下實(shí)驗室PandaX實(shí)驗團隊積極投身設施恢復運行

發(fā)布時(shí)間:2024-02-15 作者:焦小新 來(lái)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)驗室二期項目錦屏大設施正式投入科學(xué)運行。為了大設施建設,PandaX-4T實(shí)驗停機1年,并在停機期間進(jìn)行了探測器的第一階段升級。在歐美同類(lèi)型實(shí)驗的激烈競爭下,PandaX-4T實(shí)驗需要盡快恢復物理取數。春節期間將是實(shí)驗恢復運行的關(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)驗室現場(chǎng)值班完成運行恢復,并將啟動(dòng)時(shí)間投影室探測器系統、光電讀出系統、電子學(xué)系統、制冷循環(huán)系統、精餾提純系統等聯(lián)合運行,并改造循環(huán)管路進(jìn)一步去除放射性本底噪聲。

研究人員在現場(chǎng)

PandaX實(shí)驗坐落在錦屏地下實(shí)驗室,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)、復旦大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中山大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)、成都理工大學(xué)和雅礱江水電公司。從2009年開(kāi)始,經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展,實(shí)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(lǐng)先水平。目前正在開(kāi)展第三代四噸級實(shí)驗PandaX-4T,試運行數據再次刷新了暗物質(zhì)探測的極限,并在國際上首次系統全面研究了暗物質(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:

我是第一次春節在錦屏值班,我們實(shí)驗組是每年不同的老師輪流來(lái)。一般粒子物理實(shí)驗都是每天24小時(shí)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(shí)驗都一樣,所以總是有人在假日值班。當學(xué)生的時(shí)候在其它實(shí)驗上也會(huì )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(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(gè)目標給了我們動(dòng)力。

這次春節值班和平時(shí)值班一樣,是兩個(gè)老師加上一些學(xué)生,我們住在進(jìn)地下實(shí)驗洞口附近的宿舍里。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,我們現在每天排班灌純水,從早晨9點(diǎn)到晚上11點(diǎn),主要是擔心純水系統離電源太近,要是意外漏水可能會(huì )有很大麻煩,現在沒(méi)有人的時(shí)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的一部分,寒假期間要為準備它們準備高壓和讀出系統。最后作為常作為值班常規的任務(wù),要保證液氙探測器的穩定運行。由于探測器系統比較復雜,尤其是制冷系統,有許多參數需要監測。我們有一套系統,有問(wèn)題會(huì )發(fā)警報,如果自己解決不了,就聯(lián)系相關(guān)系統的專(zhuān)家解決。

除了老師學(xué)生外,我們的司機陳師傅過(guò)年也在山上。我們進(jìn)洞必須要有一個(gè)司機。他是四川人,過(guò)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(shí)一樣,大家在山上也會(huì )有一些活動(dòng),比如打羽毛球,玩桌游等。我最近從學(xué)生那里學(xué)會(huì )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(lái)教授的一場(chǎng)報告,讓我知道這宇宙星辰與我有關(guān)。從那時(shí)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)驗與大多數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(shù)的卡脖子難題?;陔p相液氙時(shí)間投影室技術(shù)的暗物質(zhì)探測實(shí)驗尤其如此。探測器由多個(gè)子系統構成,時(shí)間投影室,制冷,刻度,精餾,電子學(xué)等等。用來(lái)搭建系統的每一個(gè)材料和部件都需要經(jīng)過(guò)嚴格的放射性檢驗,每一個(gè)結構也都經(jīng)過(guò)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(zhì)來(lái)臨時(shí),我們能夠觀(guān)測到它。探測器為我們提供了海量的數據,要從海量的數據中搜尋暗物質(zhì)的信號,又是另外一項難題。已經(jīng)數不清有多少個(gè)日夜,和老師同學(xué)們討論數據中看到的“異?!鼻闆r,通過(guò)數據中看到的蛛絲馬跡,推理探測器中發(fā)生的物理過(guò)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(shuō)數據分析就像一個(gè)偵探破案,猜測、討論、驗證、失敗推倒重來(lái),然后繼續猜測驗證,直到真相浮出水面。

本世紀以來(lái),國際上相繼開(kāi)展了20多個(gè)暗物質(zhì)探測實(shí)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(lǐng)域的空白,還在國際上處于領(lǐng)先地位。2023年,我們團隊發(fā)表了全球同類(lèi)實(shí)驗首篇《自然》(Nature)論文,對暗物質(zhì)有多暗這一基礎問(wèn)題給出了回答。同時(shí),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)研究藍圖。

經(jīng)過(guò)全球科學(xué)家的共同努力,暗物質(zhì)參數空間不斷被壓縮,留給人類(lèi)的未至之境已經(jīng)不多了。“誰(shuí)能率先找到暗物質(zhì),誰(shuí)就能在科學(xué)上走在前頭”。探測器持續穩定長(cháng)時(shí)間的采數對于暗物質(zhì)探測實(shí)驗的靈敏度來(lái)說(shuō)非常重要。在當前的國際競爭局勢下,盡管已經(jīng)取得了一些成就,但我們仍需焚膏繼晷。今年春節,很榮幸,能夠從前輩的手中接過(guò)科研的接力棒,堅守在2400m的地下實(shí)驗室,保證探測器的持續穩定運行。每每想起曾經(jīng)的熊貓人,如肖夢(mèng)姣、談安迪等優(yōu)秀學(xué)長(cháng)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),我的內心都會(huì )有一種油然而生的崇敬。而現在,能像他們一樣,在這樣的特殊時(shí)刻為我國科研事業(yè)貢獻自己的一份力量,也讓我的春節過(guò)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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