中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室PandaX實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)積極投身設(shè)施恢復(fù)運(yùn)行

2023年12月，位于四川省涼山州的中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室二期項(xiàng)目錦屏大設(shè)施正式投入科學(xué)運(yùn)行。為了大設(shè)施建設(shè)，PandaX-4T實(shí)驗(yàn)停機(jī)1年，并在停機(jī)期間進(jìn)行了探測(cè)器的第一階段升級(jí)。在歐美同類(lèi)型實(shí)驗(yàn)的激烈競(jìng)爭(zhēng)下，PandaX-4T實(shí)驗(yàn)需要盡快恢復(fù)物理取數(shù)。春節(jié)期間將是實(shí)驗(yàn)恢復(fù)運(yùn)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(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)值班完成運(yùn)行恢復(fù)，并將啟動(dòng)時(shí)間投影室探測(cè)器系統(tǒng)、光電讀出系統(tǒng)、電子學(xué)系統(tǒng)、制冷循環(huán)系統(tǒng)、精餾提純系統(tǒng)等聯(lián)合運(yùn)行，并改造循環(huán)管路進(jìn)一步去除放射性本底噪聲。

PandaX實(shí)驗(yàn)坐落在錦屏地下實(shí)驗(yàn)室，利用液氙尋找宇宙中暗物質(zhì)和中微子信號(hào)。上海交通大學(xué)是實(shí)驗(yàn)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(fù)旦大學(xué)、中國(guó)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(yàn)團(tuán)隊(duì)先后研制了三代液氙探測(cè)器，探測(cè)靈敏度達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。目前正在開(kāi)展第三代四噸級(jí)實(shí)驗(yàn)PandaX-4T，試運(yùn)行數(shù)據(jù)再次刷新了暗物質(zhì)探測(cè)的極限，并在國(guó)際上首次系統(tǒng)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(jié)在錦屏值班，我們實(shí)驗(yàn)組是每年不同的老師輪流來(lái)。一般粒子物理實(shí)驗(yàn)都是每天24小時(shí)值班，全年不間斷，以保證探測(cè)器運(yùn)行。世界各地的粒子物理實(shí)驗(yàn)都一樣，所以總是有人在假日值班。當(dāng)學(xué)生的時(shí)候在其它實(shí)驗(yàn)上也會(huì)在假期值班。

值班是了解探測(cè)器運(yùn)行的最好方式，非常有用也很有趣。我們的目標(biāo)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(biāo)給了我們動(dòng)力。

這次春節(jié)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(yàn)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(jī)升級(jí)了探測(cè)器，近期才初步恢復(fù)運(yùn)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(diǎn)到晚上11點(diǎn)，主要是擔(dān)心純水系統(tǒng)離電源太近，要是意外漏水可能會(huì)有很大麻煩，現(xiàn)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(yù)計(jì)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(zhǔn)備它們準(zhǔn)備高壓和讀出系統(tǒng)。最后作為常作為值班常規(guī)的任務(wù)，要保證液氙探測(cè)器的穩(wěn)定運(yùn)行。由于探測(cè)器系統(tǒng)比較復(fù)雜，尤其是制冷系統(tǒng)，有許多參數(shù)需要監(jiān)測(cè)。我們有一套系統(tǒng)，有問(wèn)題會(huì)發(fā)警報(bào)，如果自己解決不了，就聯(lián)系相關(guān)系統(tǒng)的專(zhuān)家解決。

除了老師學(xué)生外，我們的司機(jī)陳師傅過(guò)年也在山上。我們進(jìn)洞必須要有一個(gè)司機(jī)。他是四川人，過(guò)年要給我們準(zhǔn)備火鍋。年前幾天還要下山采購(gòu)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(jí)博士研究生 曾鑫寧：

2018年，劉江來(lái)教授的一場(chǎng)報(bào)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(yàn)與大多數(shù)人想象中的科研不同，它既是基礎(chǔ)物理的前沿課題，也是工程技術(shù)的卡脖子難題。基于雙相液氙時(shí)間投影室技術(shù)的暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)尤其如此。探測(cè)器由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)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(tǒng)的每一個(gè)材料和部件都需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的放射性檢驗(yàn)，每一個(gè)結(jié)構(gòu)也都經(jīng)過(guò)了反復(fù)討論與測(cè)試。這一切都是為了讓我們的探測(cè)器足夠干凈，保證當(dāng)暗物質(zhì)來(lái)臨時(shí)，我們能夠觀測(cè)到它。探測(cè)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(zhì)的信號(hào)，又是另外一項(xiàng)難題。已經(jīng)數(shù)不清有多少個(gè)日夜，和老師同學(xué)們討論數(shù)據(jù)中看到的“異常”情況，通過(guò)數(shù)據(jù)中看到的蛛絲馬跡，推理探測(cè)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(hào)？劉老師曾和我說(shuō)數(shù)據(jù)分析就像一個(gè)偵探破案，猜測(cè)、討論、驗(yàn)證、失敗推倒重來(lái)，然后繼續(xù)猜測(cè)驗(yàn)證，直到真相浮出水面。

本世紀(jì)以來(lái)，國(guó)際上相繼開(kāi)展了20多個(gè)暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)。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(cè)器之一。不僅填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)液氙探測(cè)領(lǐng)域的空白，還在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位。2023年，我們團(tuán)隊(duì)發(fā)表了全球同類(lèi)實(shí)驗(yàn)首篇《自然》（Nature）論文，對(duì)”暗物質(zhì)有多暗“這一基礎(chǔ)問(wèn)題給出了回答。同時(shí)，我們還在物理學(xué)頂級(jí)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表多篇論文，描繪了完備的暗物質(zhì)研究藍(lán)圖。

經(jīng)過(guò)全球科學(xué)家的共同努力，暗物質(zhì)參數(shù)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(cè)器持續(xù)穩(wěn)定長(zhǎng)時(shí)間的采數(shù)對(duì)于暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)的靈敏度來(lái)說(shuō)非常重要。在當(dāng)前的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)局勢(shì)下，盡管已經(jīng)取得了一些成就，但我們?nèi)孕璺俑嗬^晷。今年春節(jié)，很榮幸，能夠從前輩的手中接過(guò)科研的接力棒，堅(jiān)守在2400m的地下實(shí)驗(yàn)室，保證探測(cè)器的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)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(zhǎng)的在探測(cè)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(nèi)心都會(huì)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(shí)刻為我國(guó)科研事業(yè)貢獻(xiàn)自己的一份力量，也讓我的春節(jié)過(guò)得更加充實(shí)而富有意義。（中國(guó)教育新聞網(wǎng)記者 焦小新）