在地下2400米探索人类认知边界

张盖伦

车辆扎进山体，穿过17.5公里长的锦屏山隧道后，周遭终于从昏暗变得明亮，一座“地下城”出现在眼前——这里是中国锦屏地下实验室(以下简称“锦屏地下实验室”)二期。清华大学工程物理系党委书记曾志环顾四周，语气带着自豪，对科技日报记者说：“确实不一样了吧？”

锦屏地下实验室位于四川省凉山彝族自治州锦屏山内部，山体岩石覆盖厚度达2400米，宇宙射线通量只有地面的一亿分之一。这里是世界上最深、综合条件最好的地下实验室。

2016年，记者第一次探访锦屏地下实验室时，实验室主任程建平指着黑乎乎的隧道深处说，以后这里会扩建成一个小区，世界各国科学家都可以在小区工作。

当初听起来雄心勃勃的设想，如今已经成真。不同学科的科研人员带着他们的疑问，来到锦屏山深处寻找答案——当外界噪音降到最低，又能听到怎样的华章？

从4000立方米到30万立方米

锦屏地下实验室由国投集团雅砻江流域水电开发有限公司和清华大学共同建设运行。

走在宽敞明亮的实验室内，你很容易忘记自己身处地下。曾志提醒，对工程方来说，特殊的地理位置，带来了特殊的问题。

实验室埋深2400米，岩体内地下水量大、渗透性强，地下洞室渗漏点较多且分布无规律。而且，岩体自身及岩壁渗水中会持续析出氡气。氡气具有强烈放射性，会对实验探测装置形成干扰。

因此，防水抑氡是施工中的关键环节。锦屏大设施的防水抑氡设计方案和施工方案均为首创。它的设计构造主要分为排水防水层、结构层与面层，内含10层材料，10厘米厚，覆盖了实验室内10万平方米面积。

防水抑氡工程的5万余米拼接焊缝，穿过防水结构的20多万个膨胀螺栓和5万多根锚杆，无一渗水点。“这堪称工程奇迹。”国投集团雅砻江公司锦屏地下实验室管理局副局长申满斌指着表面光滑洁净的洞壁感叹。

曾志同样感慨万千。从无到有，从小到大，锦屏地下实验室已经在大山内部“生长”了十几年。

2010年12月，锦屏地下实验室一期建成，填补了我国深地实验室的空白，为开展粒子物理学、天体物理学等领域重大基础前沿研究提供了良好的低本底环境。

2014年，锦屏地下实验室二期建设启动。2017年，基于锦屏地下实验室二期的极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施(以下简称“锦屏大设施”)项目被列入“十三五”国家重大科技基础设施项目指南。

2023年12月，锦屏大设施正式投入科学运行，首批10个实验团队入驻实验室，地下可用实验空间也从一期实验室的4000立方米增加到二期的30万立方米。

十年磨一剑。暗物质、中微子、核天体物理、岩石力学、地震学、集成电路、量子计算、深地医学……一系列前沿基础科学研究在此开展。锦屏地下实验室，有望成为世界深地科学实验中心。

实验灵敏度将提升两个量级

从实验室1号门进入，依次可来到A厅、B厅、C厅、D厅，每个大厅又分成了两个实验厅。

C2厅内，中国暗物质实验组成员、清华大学博士后代文翰正在进行高纯锗探测器的测试。

代文翰将标准样品放在探测器不同位置进行测量，采集并分析探测器输出的脉冲波形信号。“一天能收集200万个信号。”他说。工作听起来有些枯燥，但代文翰乐在其中。

如今，锦屏山、山脚下的雅砻江和地下实验室的灯光，已成为代文翰科研生活的一部分。

他告诉记者，实验室一期像个工作室，空间不大，科研仪器也是小而精。实验室二期像个大工厂，实验室更大了，实验体量上去了，科学研究也瞄准更高的目标，有望取得更大的进展和突破。

比如，在锦屏地下实验室一期，实验组在容积约1立方米的液氮罐中运行总质量10公斤的高纯锗探测阵列；但在实验室二期，容积1725立方米的世界最大液氮低温屏蔽装置正在进行液氮灌注，不久后，总质量50千克的探测器阵列将在其中运行。“实验灵敏度能提升两个量级!”代文翰说。

就在锦屏大设施建设期间，一系列成果也已经产出。

2024年，中国暗物质实验组成果在《物理评论快报》发表，给出了国际上对太阳加速暗物质—电子相互作用截面最灵敏的限制；2024年，粒子和天体物理氙探测实验组在《物理评论快报》发表了对太阳硼-8中微子的首个测量结果，开启了液氙暗物质和中微子探测实验的新篇章；2022年，锦屏深地核天体物理实验组成果在《自然》发表，在国际上首次揭示了宇宙最古老恒星中的钙丰度之谜……

“基于锦屏大设施的优势平台条件，我们的科学研究将瞄准突破人类认知边界，努力取得重大成果，为建设科技强国和实现高水平科技自立自强贡献锦屏力量。”曾志展望道。