作者:程婷 来源:澎湃新闻 发布时间:2024/2/12 11:49:42
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春节期间,他们值守在地下2400米

 

在这个阖家团圆的新春佳节,锦屏地下实验室PandaX实验团队的师生仍坚守在地下2400米的科研岗位上。

锦屏地下实验室位于四川,是我国首个极深地下实验室,于2010年启动,2021年开始扩建,经历三年时间,2023年12月实验室二期项目锦屏大设施正式投入科学运行。

PandaX实验坐落在锦屏地下实验室,利用液氙寻找宇宙中暗物质和中微子信号。上海交通大学为实验牵头单位,合作单位包括北京大学、北京航空航天大学、山东大学、复旦大学、中国科学技术大学、中山大学、南开大学、成都理工大学和雅砻江水电公司。从2009年开始,经过十几年的发展,实验团队先后研制了三代液氙探测器,探测灵敏度达到了国际领先水平。

目前正在开展第三代四吨级实验PandaX-4T。此前由于大设施建设,PandaX-4T实验停机1年,并在停机期间进行了探测器的第一阶段升级。在欧美同类型实验的激烈竞争下,PandaX-4T实验需要尽快恢复物理取数。

这个春节期间是实验恢复运行的关键阶段,实验团队的2名教师带领4名研究生进驻锦屏地下实验室现场值班完成运行恢复,并将启动时间投影室探测器系统、光电读出系统、电子学系统、制冷循环系统、精馏提纯系统等联合运行,改造循环管路进一步去除放射性本底噪声。

“过年时间都是人为规定的,我们可以选个其它时间过”

上海交通大学物理与天文学院副教授黄俊挺是今年春节值守在地下2400米的教师之一。

“我是第一次春节在锦屏值班,我们实验组是每年不同的老师轮流来。一般粒子物理实验都是每天24小时值班,全年不间断,以保证探测器运行。世界各地的粒子物理实验都一样,所以总是有人在假日值班。当学生的时候在其它实验上也会在假期值班。”黄俊挺介绍。

他说,值班是了解探测器运行的最好方式,非常有用也很有趣。“我们的目标是研究暗物质是什么以及中微子的基本性质,这些都和宇宙的演化、星系的形成以及我们为什么存在有密切关系。这个目标给了我们动力。”

这次春节值班和平时值班一样,是两名老师加几名学生,他们住在进地下实验洞口附近的宿舍里。一般值班一天进洞两次,早晨和下午。

“2022年后期到2023年底由于锦屏二期施工,我们借机升级了探测器,近期才初步恢复运行。目前还差纯水屏蔽体,我们现在每天排班灌纯水,从早晨9点到晚上11点,主要是担心纯水系统离电源太近,要是意外漏水可能会有很大麻烦,现在没有人的时候还不敢灌水。我们总共要灌900立方米,预计要好几周,年后才能完成。”谈起春节值守期间的任务,黄俊挺介绍,“还有就是去年年底我们安装了几百只光电倍增管作为反符合系统的一部分,寒假期间要为准备它们准备高压和读出系统。最后,作为值班常规的任务,要保证液氙探测器的稳定运行。由于探测器系统比较复杂,尤其是制冷系统,有许多参数需要监测。我们有一套系统,有问题会发警报,如果自己解决不了,就联系相关系统的专家解决。”

对于春节值班,黄俊挺表示,“过年时间都是人为规定的,我们可以选个其它时间过,带家人和娃出去,自己给自己放假。科学研究还是自由度很大的,大家不要被吓到了,认为有多艰苦要做多大牺牲什么的。科学研究是非常有趣的,一般人们还要花钱到山里度假,我们工作和玩合为一体了,以后我希望有机会带自己小孩上山来看一看。我希望大家也能让自己小孩了解到科学研究多种‘酷’的方面。”

他还表示,春节值班期间的日子其实并不单调无聊。

“除了老师学生外,我们的司机陈师傅过年也在山上。我们进洞必须要有一名司机。他是四川人,说过年给我们准备火锅,年前几天下山采购一些年货。”黄俊挺说,和平时一样,大家在山上也会有一些活动,比如打羽毛球,玩桌游等。他最近从学生那里学会了打“乌诺”(一种纸牌游戏),挺有趣的,和学生打交道自己也年轻了。

“今年春节很荣幸能坚守在2400米的地下实验室”

和黄俊挺一样,今年春节,上海交通大学物理与天文学院2019级博士研究生曾鑫宁也值守在锦屏地下实验室。

春节不能回家过年的曾鑫宁表示,“今年春节很荣幸能够从前辈的手中接过科研的接力棒,坚守在2400米的地下实验室,保证探测器的持续稳定运行。”

对自己所从事的研究,曾鑫宁介绍,粒子物理实验与大多数人想象中的科研不同,它既是基础物理的前沿课题,也是工程技术的卡脖子难题。基于双相液氙时间投影室技术的暗物质探测实验尤其如此。探测器由多个子系统构成,时间投影室、制冷、刻度、精馏、电子学等等。用来搭建系统的每一个材料和部件都需要经过严格的放射性检验,每一个结构也都经过了反复讨论与测试。这一切都是为了让探测器足够干净,保证当暗物质来临时能够观测到它。

“探测器为我们提供了海量的数据,要从海量的数据中搜寻暗物质的信号,又是另外一项难题。”曾鑫宁说,“已经数不清有多少个日夜,和老师同学们讨论数据中看到的‘异常’情况,通过数据中看到的蛛丝马迹,推理探测器中发生的物理过程。”

对于自己所在的团队,曾鑫宁充满了自豪。曾鑫宁介绍,本世纪以来,国际上相继开展了20多个暗物质探测实验。十四年间,一批批前辈前赴后继,扎根地下2400米,造出了世界上最灵敏的探测器之一,不仅填补了国内液氙探测领域的空白,还在国际上处于领先地位。

“2023年,我们团队发表了全球同类实验首篇NATURE,对“暗物质有多暗”这一基础问题给出了掷地有声的回答。同时,我们还在物理学顶级期刊《物理评论快报》上发表多篇论文,描绘了完备的暗物质研究蓝图。”曾鑫宁说。

经过全球科学家的共同努力,暗物质参数空间不断被压缩,留给人类的未至之境已经不多了。

“谁能率先找到暗物质,谁就能在科学上走在前头”。曾鑫宁说,探测器持续稳定长时间的采数对于暗物质探测实验的灵敏度来说非常重要。春节值班期间,曾鑫宁想到的是,前辈们在探测器研发早期经历的种种故事和他们身上所散发出的令人崇敬的优秀科学家品质。

“现在,能像他们一样,在这样的特殊时刻为我国科研事业贡献自己的一份力量,让我的春节过得更加充实而有意义。”曾鑫宁说。

 
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