中國錦屏地下實驗室PandaX實驗團(tuán)隊積極投身設(shè)施恢復(fù)運(yùn)行

2023年12月，位于四川省涼山州的中國錦屏地下實驗室二期項目錦屏大設(shè)施正式投入科學(xué)運(yùn)行。為了大設(shè)施建設(shè)，PandaX-4T實驗停機(jī)1年，并在停機(jī)期間進(jìn)行了探測器的第一階段升級。在歐美同類型實驗的激烈競爭下，PandaX-4T實驗需要盡快恢復(fù)物理取數(shù)。春節(jié)期間將是實驗恢復(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)駐錦屏地下實驗室現(xiàn)場值班完成運(yùn)行恢復(fù)，并將啟動時間投影室探測器系統(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實驗坐落在錦屏地下實驗室，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(fù)旦大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中山大學(xué)、南開大學(xué)、成都理工大學(xué)和雅礱江水電公司。從2009年開始，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，實驗團(tuán)隊先后研制了三代液氙探測器，探測靈敏度達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。目前正在開展第三代四噸級實驗PandaX-4T，試運(yùn)行數(shù)據(jù)再次刷新了暗物質(zhì)探測的極限，并在國際上首次系統(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，我們實驗組是每年不同的老師輪流來。一般粒子物理實驗都是每天24小時值班，全年不間斷，以保證探測器運(yùn)行。世界各地的粒子物理實驗都一樣，所以總是有人在假日值班。當(dāng)學(xué)生的時候在其它實驗上也會在假期值班。

值班是了解探測器運(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。這個目標(biāo)給了我們動力。

這次春節(jié)值班和平時值班一樣，是兩個老師加上一些學(xué)生，我們住在進(jìn)地下實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(jī)升級了探測器，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點到晚上11點，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有很大麻煩，現(xiàn)在沒有人的時候還不敢灌水。我們總共要灌900立方米，預(yù)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(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)，要保證液氙探測器的穩(wěn)定運(yùn)行。由于探測器系統(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。我們有一套系統(tǒng)，有問題會發(fā)警報，如果自己解決不了，就聯(lián)系相關(guān)系統(tǒng)的專家解決。

除了老師學(xué)生外，我們的司機(jī)陳師傅過年也在山上。我們進(jìn)洞必須要有一個司機(jī)。他是四川人，過年要給我們準(zhǔn)備火鍋。年前幾天還要下山采購一些年貨。和平時一樣，大家在山上也會有一些活動，比如打羽毛球，玩桌游等。我最近從學(xué)生那里學(xué)會了打“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，劉江來教授的一場報告，讓我知道這宇宙星辰與我有關(guān)。從那時起，仰望星空的好奇與想象，變成了腳踏實地的鉆研與摸索。

粒子物理實驗與大多數(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。基于雙相液氙時間投影室技術(shù)的暗物質(zhì)探測實驗尤其如此。探測器由多個子系統(tǒng)構(gòu)成，時間投影室，制冷，刻度，精餾，電子學(xué)等等。用來搭建系統(tǒng)的每一個材料和部件都需要經(jīng)過嚴(yán)格的放射性檢驗，每一個結(jié)構(gòu)也都經(jīng)過了反復(fù)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(dāng)暗物質(zhì)來臨時，我們能夠觀測到它。探測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，又是另外一項難題。已經(jīng)數(shù)不清有多少個日夜，和老師同學(xué)們討論數(shù)據(jù)中看到的“異?！鼻闆r，通過數(shù)據(jù)中看到的蛛絲馬跡，推理探測器中發(fā)生的物理過程。是程序有誤還是真實物理？是電極打火還是PMT異常？還是，這真的就是暗物質(zhì)信號？劉老師曾和我說數(shù)據(jù)分析就像一個偵探破案，猜測、討論、驗證、失敗推倒重來，然后繼續(xù)猜測驗證，直到真相浮出水面。

本世紀(jì)以來，國際上相繼開展了20多個暗物質(zhì)探測實驗。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(bǔ)了國內(nèi)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(tuán)隊發(fā)表了全球同類實驗首篇《自然》（Nature）論文，對”暗物質(zhì)有多暗“這一基礎(chǔ)問題給出了回答。同時，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(lán)圖。

經(jīng)過全球科學(xué)家的共同努力，暗物質(zhì)參數(shù)空間不斷被壓縮，留給人類的未至之境已經(jīng)不多了。“誰能率先找到暗物質(zhì)，誰就能在科學(xué)上走在前頭”。探測器持續(xù)穩(wěn)定長時間的采數(shù)對于暗物質(zhì)探測實驗的靈敏度來說非常重要。在當(dāng)前的國際競爭局勢下，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科研的接力棒，堅守在2400m的地下實驗室，保證探測器的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。每每想起曾經(jīng)的熊貓人，如肖夢姣、談安迪等優(yōu)秀學(xué)長的在探測器研發(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(nèi)心都會有一種油然而生的崇敬。而現(xiàn)在，能像他們一樣，在這樣的特殊時刻為我國科研事業(yè)貢獻(xiàn)自己的一份力量，也讓我的春節(jié)過得更加充實而富有意義。（中國教育新聞網(wǎng)記者 焦小新）