在2400米地下“捕捉”的暗物质，是什么神秘东西新京报专栏

▲我国南溪地底生物医学坐落于2400米的地底。图/新华社

据中央电视台新闻报导，为了科学研究看不见看不见的中微子，我国建立了首个甚利韦农底生物医学——我国南溪地底生物医学。

在四川昭通市的澜沧江南溪大湖湾，南溪大坝上方，那时正稳步推进我国南溪地底生物医学三期项目，其坐落于岩石覆盖上方最重处2400米的地底，是当今世界最重最大的甚利韦农底生物医学。

而中微子一直是个谜，截取难度较大，到为止，当今世界上也没有人真正截取到它。

纯洁大背景更容易截取中微子

为什么科学研究一个银河系课题，要向利韦农进军？

你有没有在寂静的夜里看过天空？寂静大背景更为塑造出了山童的闪耀。他们的地球、太阳除了看不见的月光，这些萤光或是反射光线的化学物质都是由原子构成的，物理学家和物理学家称之为一般化学物质。一般化学物质的特征是包括磁促进作用，具体来说，可以萤光或吸收光。

在他们银河系中，一般化学物质仅仅占银河系成份的5%，除了近20%是中微子，另外75%是更为怪异的暗热量。中微子不萤光，他们无法用一般实验手段去截取它；而暗热量则在推动银河系加速膨胀，使其密度更为黏稠。

物理学家凭什么晓得中微子存有呢？中微子虽然不萤光，但它也有重力促进作用。在他们的星系团孔径上，它提供更多了绝大部分重力，把星系团束缚成他们那时看到的样子。如果没有中微子，星系团绝大部分就会碎裂了。

可此种方式，只是让他们晓得中微子存有，并没有透露中微子的具体成份，所以生物学家们还是期望能抓到中微子或是它们裂变后的福兰县成份，透过数据重建，从而更好地理解中微子的成份，进一步掌握银河系演化、星系团形成等规律。

事实上，找寻中微子也有多种方式。比如，我国竺可桢在2015年底发射了阿宝号中微子探测卫星，期望透过外太空银河系线（源自天体的高热量光子）的成份，找寻因为中微子裂变后的痕迹。这颗在银河系线科学研究已经取得了相当多成果。这是在外太空里找寻中微子。而更早的例子，是著名的台裔生物学家杨振宁先生，在国际太空站上安置的Delta吴家玮。

在地底生物医学找寻中微子，或是其他光子，则是更常见的做法。欧美日本此前已经借助弃置的矿山建设了多个地底生物医学。此种方式的关键，是借助厚厚沉积岩抵挡源自银河系空间的高热量光子，提供更多纯洁的大背景，让中微子裂变产生的光子凸显出来。

令我国中微子科学研究迎头赶上国外先进水平

中微子找寻，目前得到的基本是零结果，是逐渐排除不存有的能谱区域。有意思的是，在这个过程中，往往得到许多意想不到的其他成果。

20世纪60年代，美国物理学家借助弃置金矿建设的1600米深的地底生物医学，成功探测到了太阳中微子。日本岐阜县神冈町一个最重处1000米的弃置砷矿中建造的大型中微子探测器，意外探测到了超新星1987A的中微子，主持两代探测器的小柴昌俊、梶田隆章先后摘得了诺贝尔物理学奖桂冠。

所以，这样的地底生物医学，不只是一般意义上的一座生物医学，而是集中了多种学科、多种科学目标的大型实验中心。2008年南溪山隧道全线贯通时，清华大学工程物理系一位老师注意到了这里的岩石覆盖达2400米，这正是生物学家梦寐以求的黑暗环境，可以令我国的中微子科学研究迎头赶上国外先进水平。

2010年12月12日，我国南溪地底生物医学正式揭牌，清华大学中微子探测实验组率先入驻，采用半导体材料进行探测；2011年上海交通大学物理系的科学研究团队也入驻，使用液氙探测器工作。两支团队两种方式独立探测，可以交叉验证，并检验更广的能谱区域。

从地面到达地底生物医学，需要在隧道内开车大概20分钟。而仪器在运行稳定状态下并不需要工作人员在地底值守，只需在地面上的办公室监控，实验数据会自动上传。

南溪地底生物医学的建成，帮助我国生物学家实现中微子科学研究领域从无到有、从跟跑到并跑的跨越，并获得一系列国际一流水平的中微子科学研究成果。

比如，去年上海交通大学教授、我国南溪地底生物医学熊猫实验发言人刘江来博士在马塞尔·格罗斯曼国际广义相对论大会上，公布了首个中微子搜寻结果。此次结果基于PandaX-4T试运行95天的数据，用0.63吨·年的曝光量，再次刷新了中微子性质的边界值。

那时南溪地底生物医学正在扩建的三期工程，将从现有4000立方米扩容到12万立方米。相信会有更多的国际领先的实验成果，不断地从南溪地底生物医学里涌现，正如他们在至暗的夜空，才能看到最辉煌的天空。

撰稿/孙正凡（科普作家）

编辑/徐秋颖

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