随着人类科技的不断进步,人们逐渐对宇宙中的神秘物质有了一些了解。为了探测和研究这些神秘物质,人们往往会选择一些意想不到的特殊环境和特殊地点来建造探测器和实验室。比如日本的超级神冈探测器,被用来探测中微子,建造在地下千米深处,以及同样对中微子感兴趣的

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俄罗斯的探测实验室建在贝加尔湖的底部

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作为强国之一的我国,本着“科技兴国”的方针,自然不会放过对这些神秘物质的研究和检测。宇宙。试图寻找一些关于宇宙的信息和不为人知的物理定律,揭开人类科技领域不为人知的面纱。为此,我国还在四川西昌彝族自治州锦屏山,在2400米深处建造了世界最深地下实验室世界上最深地下实验室。而本实验室的研究对象是宇宙中的暗物质

那么,我们为什么选择研究暗物质,为什么选择在地下2400米深处研究暗物质呢?暗物质有什么特别之处?

暗物质

我们先来了解一下隐藏在地下2400米深处的这个实验室的主要研究对象——暗物质。

暗物质是根据星系自转曲线的理论提出的一种物质,这个理论和爱因斯坦的引力波一样,违背了牛顿的万有引力观,证实了星系的质量从理论模型上与预期有巨大的差异,这些质量差异是由于星系间存在着许多人类无法观测到的物质,这种物质在星系中广泛且大量存在宇宙,是宇宙物质的重要组成部分,可以随意构成任何已知物质。因此,这种神秘而不可见的物质被称为暗物质。


而且,这种暗物质占宇宙所有物质总质量的80%以上。平均每天有数万亿的暗物质通过人体,但人体不会有任何感觉。一些广为接受的观点认为,这种暗物质的主要成分是一些弱相互作用的质量惰性粒子,或者是很轻的中性粒子

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。目前,人类对暗物质的认识还很有限。在人类有限的认知中,已经证实暗物质具有以下性质:暗物质参与引力相互作用得出的结论。但人们仍然无法确定暗物质质量的具体数值和大小。其次,暗物质不参与电磁波的相互作用,与光子的相互作用也很微弱,所以暗物质非常暗,几乎不发光

而且,暗物质的运动速度也远低于光速,是一种极冷极暗的物质,这就导致了暗物质的结构特征是也很稳定,不会产生太大的变化,与我们人类目前已知的任何一种粒子都有很大的不同,成功挑战了粒子物理的基本标准模型。

暗物质探测之路

暗物质的猜想和理论最早是在20年代初提出的。天文学家卡普坦是第一个观察到星系运动的人。根据一些星系运动的异常,推测星系周围可能存在看不见的物质,但尚未得到证实。

早在1930年代,同为天文学家的兹维基在研究狮子座附近的一个星系团时,使用光度法

动力学来区分计算星系团的质量时,结果发现,两种测量方法的质量结果相差超过160倍。正式提出暗物质猜想:暗物质有质量,但不发光,所以,可以用动能测量,但不能用光度法测量。这一猜想也使得暗物质一词正式出现在学术论文中,但茨维基并未对暗物质进行进一步研究。

三十年后,另一位天体物理学家鲁宾对暗物质产生了兴趣。经过十多年的长期观察和数据计算,他对暗物质进行了详细的描述和研究。通过银河系质量的“损失”间接证实了暗物质的存在。

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但暗物质存在的直接确认,直到本世纪初才得到官方证实。2006年,一个天文研究小组通过X射线望远镜在星系团中观察到一系列星系碰撞,在星系碰撞的过程中,暗物质被分离,这因此,观测证据打开了正式研究暗物质的大门。

不过,无论是直接观察还是间接观察,都只是处于“观察”阶段。要研究暗物质,还是需要实用的探测方法。这些探测方法需要一定的探测证据作为标准,才能确认成功捕获暗物质。目前公认的探测证据,主要是通过对星系和宇宙辐射尺度两个方面的探测来实现的。从星系的角度来看,可以通过观察星系团的运动、X射线和引力透镜来确认暗物质。从宇宙本底的角度,通过研究宇宙微波辐射总量和宇宙的整体结构,可以使用来计算暗物质。


当然,只要暗物质能与物质相互作用,我们就可以探测到。只不过这会对我们人类的科技和检测条件提出非常大的挑战和困难。目前主要有三种方法:直接检测、间接检测和对撞机检测

其中,前两种探测方法是通过间接或直接探测暗物质与其他物质相互作用留下的痕迹。而最后一种粒子对撞机探测方法是产生暗物质在粒子碰撞实验中不可见的特征。因此,现在一般


将粒子碰撞的检测方法与前两种直接或间接检测方法结合起来,以达到最佳效果


中国金平地下实验室

随着暗物质的科学话题越来越火,很多国家都在筹划暗物质实验,我国也不例外。2010年,中国第一座超深地下实验室——中国锦屏地下实验室正式投入使用,其深度达2400米排名世界最深岩底实验以实验室之名,正在进行暗物质的探测研究。

中国锦屏地下实验室,由锦屏山水电站建设时开挖的隧道改造而成。极深的地下位置可以有效屏蔽来自宇宙射线的干扰,让暗物质探测器的探测结果更加准确,同时为了让抗干扰能力更强,外面的暗高-纯锗晶体物质探测器外面覆盖着半米厚的混凝土和厚一米的聚乙烯,还有一层铅,连中子都不允许进入


而且,由于这个地下实验室的建设位置便利,研究人员只需要在地面上,就可以控制地下实验室的检测设备,并对检测数据进行研究和分析。我国锦屏地下实验室主要采用两种探测手段探测暗物质,即以清华课题组为代表的低温半导体探测器和上海交通大学液态氙探测器。

这两个探测器都是利用暗物质与粒子碰撞产生的反冲核数据来证实暗物质的存在,用直接观测的方法研究暗物质,提高世界直接探测暗物质的水平再上新高度。

目前,我国在暗物质探测器的研制和改进过程中,已经掌握了商业级暗物质探测器制造技术,并通过精密的暗物质探测实验结果,排除了美国实验组。暗物质存在的区域缩小了暗物质存在的区域,为暗物质的发现提供了更大的可能性。

随着暗物质研究成果的不断提升,我国已不再满足于仅仅研究暗物质,而是想将其升级为能够研究中微子和核天体的物理实验室。为满足实验需要,2014年,锦屏地下实验室正式启动扩建计划,该扩建计划甚至被列入国家科学领域的“十三五”规划科技建设,升级为地下超深极低辐射物理实验室,可容纳更多的实验项目和实验团队。它的面积从从4,000立方米增加到300,000立方米。它是一个优秀的地下研究实验室。

暗物质的作用

那么,宇宙中极其神秘的物质暗物质有什么用,

其实现阶段,人类对宇宙的认识还很有限。随着暗物质、暗能量、引力波、双缝干涉实验的证实,传统的物理模型似乎不再适用于现在人们已知的宇宙法则

暗物质的确认,除了为我们修正和开辟物理模型和天体物理学的新视野外,还可以用来解释一些目前科学无法解释的领域和现象:宇宙中的那些有没有可能,这种高高在上却不为人知的暗物质就是我们所说的“魂”、“意识”或者中医、道家的“气”、“道”?

如果人类科技的发展水平能够肆意利用和改造暗物质,那么或许人类科技可以少走很多弯路。我们不妨大胆猜测一下,既然暗物质具备了形成宇宙中所有基本物质的条件,那么我们是否可以利用暗物质创造万物,甚至是“从太空取物”,心灵交流?毕竟,在电磁波被首次发现和证实的时候,人们从来没有想过有一天它会把人类信息传递的方式和方法提升到一个新的高度。

从哲学的角度来说,暗物质的存在也在一定程度上影响着科学至上主义。帮助人类了解意识的起源,甚至是“第六感”的本质,那么,人类的科技和进化将达到一个新的层次和维度。总结

因此,我国在地下2400米深处建造的实验室,未来不仅要研究暗物质,还要研究和探索所有宇宙中懵懂的未知数。探索也是科学的探索。唯有不断地揭开未知,才能超越自我,将认知的完美提升到一个新的高度。

而这些探索开发的科技成果,也将有助于我国拥有更高的科技水平和综合国力。同时,这些看似神秘的科技成果,最终会反哺和影响到千家万户的日常生活,为我们带来一个全新的世界