埋在广东地下700米的秘密,跟你我有什么关系?

黎广
2022-06-30 09:41:29
来源: 时代周报
人间烟火与星辰大海,在这里不期而遇

作为一个科研工作者,武建华最近话说得很多。

坊间流传着中国科学院在广东江门开平地下700米的中微子实验室,在6月27日注入两万吨水,那之后,人们再也无法用肉眼看到中微子捕捉器这个“国之重器”了。

所以,从6月初开始,来参观的人变多了,武建华需要向来访者介绍他们在做什么。

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捕捉中微子的球体  时代周报记者摄

“中微子”,这种科技纯度高的词汇,在开平这个以碉楼、濑粉、侨乡和马冈鹅为主线故事的城市里,似乎有些格格不入,但又是格外和谐。

武建华是这项实验工程办常驻现场的主管。这个来自山东菏泽的小伙,中科院博士毕业后,就开始参与这个实验。

他说,很多中科院高能所的人在这个不大出名的地方生活了好多年,作为北方人对开平了解甚少不足为奇,就如世人对中微子同样陌生一样。 

坊间还有另一个传闻——如果中国在未来几年获得诺贝尔物理学奖,最有可能的候选人,就是出自这个山沟沟里的中微子实验。

武建华笑了,“虽说要看运气,但也不是不可能”。

如何抵达地下700米

央视在最近的大湾区直播中提到,开平的中微子实验,是国之重器。

在中科院高能物理研究所的介绍中,这个实验从2013年立项,2015年初基建开工,至今已近十年,但在广东,它的名气似乎没有与地位相匹配。

“其实与贵州‘天眼’相比,广东的中微子实验,两者都是科学研究的装置,贵州天眼名气在外,实际上中微子实验也毫不逊色。”

这种表述符合武建华这样的科学工作者,不张扬,不强求,只是安安静静地做好本职工作。

“我们的确计划在6月27日后停止对外开放,所以大家知道这个消息之后就赶在这之前来参观,不过这也有利于我们普及科学知识,是好事。”

但要进到那个地下700米的中微子实验室,并不是靠双脚就能完成的。

要进入这个国内最大的地下实验洞室,需要乘坐由绞车缆绳拖拽的小火车,沿着1266米的斜井隧道,滑落到地下700米深处。

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乘坐小火车通往地下700米的深处  时代周报记者摄

第一次站在斜井平段的人会从这里开始迷路——就像置身一个地下迷宫,而地底的灯光也明暗不一,过道甚至停着一台漆色斑驳的推土机。

来到实验厅内部,就像站在一个深71米,跨度49.5米的水桶边缘,“水桶”中间还有一个巨大的钢结构球体。 

武建华向时代周报记者介绍说,6月22日把这个不锈钢结构的球顶做好,接下来要在这个球体里面安装有机玻璃球,等到有机玻璃球和捕捉器(光电倍增管)等设备安装好,就要开始往“水桶”和“球”里灌水。

“所以外面传言的27号灌水的消息有误,是从那一天开始我们要制作有机玻璃球了,这个施工过程对安装环境的洁净度要求比钢结构严格很多,尤其是对有机玻璃进行聚合退火的过程中,灰尘可能会影响安装质量,所以我们要尽可能减少人为干扰。”

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捕捉中微子球体的局部照片  时代周报记者摄

可以理解为施工结束,整个实验厅除了一个密闭的钢筋水桶,什么也看不到,所以在6月27日前参观的目的,就是为了看个球。 

核电站中微子捕手

这个球是整个中微子实验的核心。未来在这个球里所发生的一切,或许都是解开宇宙之谜的一把钥匙。

所谓中微子,其实有三种,在构成物质世界最基本的12种粒子中占了四分之一。

它非常奇怪,在行走中不带电,重量只有电子的百万分之一,以接近光速运动,核辐射在它面前只能算个“小弟”——核辐射粒子在纯铅的物质中只能走10厘米(所以人们用铅屏蔽核辐射)。

但中微子可以无忧无虑地瞬间穿越,穿透能力惊人,对人体无害。

除了太阳不停释放中微子外,其他星体包括地球、甚至人身上都会释放。但这些零散的释放都不如核电在裂变过程中的稳定。

中微子还有个特点,在传播过程中会发生振荡,在50-55公里处来自反应堆的中微子振荡效应最明显。

“我们这个位置就在金鸡镇和赤水镇一带的打石山下,距离广东台山和阳江的两个核电站都是53公里,所以两个核电站释放的中微子,理论上都会在我们这个位置发生振荡。”

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正在施工中的中微子捕捉器  时代周报记者摄

当两个核电站稳定的中微子束流传播到这里,并发生振荡,这里就是最佳的捕捉和观察点,而深埋地下700米,是为了屏蔽宇宙和其他射线的干扰。

武建华解释,外界理解的“注水”的确没错,因为确实会分别在“水桶”和球体里注入不同的水,“外面一层是超纯水,即可以探测中微子,也可以用来屏蔽其它干扰信号。玻璃球体里注入的是液闪水,中微子如果在这个液体里发生反应,就会出现荧光。于是,球体外密布的光电倍增管就会捕捉这些微光,把光信号脉冲成电信号,由数据获取系统保存下来,提供给物理学家进行中微子分析研究。”

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光电倍增管  时代周报记者摄

中微子实验的这种工作逻辑,意味着当实验开始以后,不能有任何的光进入实验球内部。这才是坊间认为以后看不到这个球的根本逻辑。

但这也没有错。

毕竟未来在这儿出现的一点点光,都关乎星辰大海,人造的任何光源甚至带来的任何灰尘,都对探索宇宙的未解之谜,带来有误的参考。

下一个诺贝尔

中微子实验究竟会带来什么,答案可能是说不好。

“它的意义不会像发现裂变或者原子、中子对人类社会那么重要,但它可能是我们了解宇宙起源的一把钥匙。比如我们在研究宇宙的时候,有些能量找不到了,那这些能量去干嘛了。这些能量,可能就和中微子有关。”

宇宙大爆炸理论认为爆炸发生在一个点,当爆炸以后,如果正反物质都是等量的话,点的周围是一片混沌能量体,混沌的东西就无法演变成我们所见的星系或者星球。

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中微子捕捉器局部  时代周报记者摄

所以,研究中微子的人认为中微子打破了宇宙大爆炸的平衡,才使得宇宙在后来向外扩张的演化过程中,形成了星球、星系这些肉眼可见的物质。

无论是中微子还是宇宙探测,在科学领域都属于基础研究。

武建华对时代周报记者说,这个项目也类似贵州的“天眼”(俗称“大锅”)只能先研究清楚物质本身的性质是什么,至于未来如何掌握并且利用,只能以后再说了。

中微子自1956年被发现以来,已经有四位不同国籍的物理学家在这个领域获得了诺贝尔物理学奖,但一个诺奖获得者背后庞大的团队和国家实力,往往是大家忽略的,“如果能把项目经理推到诺奖当然很了不起,但还是要看运气。”

WechatIMG731.jpeg从地下回到地面  时代周报记者摄

从地下700米回到地面需要15分钟,在距离和时间之外,这还有另一层意义:它是江门开平碉楼、侨乡、马冈鹅、建筑之乡和宇宙大爆炸之间的通道;是世俗社会的KPI和反物质消失之迷的通道。

下一步,中微子实验还将带动江门的科技产业,除了建设中微子科技科普展馆以外,还将建设国际科学小镇,当地政府计划将这里打造成中科院的后花园、新分部、科技发布中心和国际会展中心,也会带动当地建设科研创新城,吸引高端人才聚集。

这个广东埋得最深的一个秘密,在江门开平的地下700米。

700米之上,是人间的风雨和孤寂,是开平这片土地饱经沧桑的闯荡与坚守。700米之下,是天堂的彩虹与邂逅,是科研人员仰望星空的浪漫与期许。

人间烟火与星辰大海,没想到在这里不期而遇。

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