暗物质是什么?如何在宇宙中捕捉到这种无法用肉眼辨别的存在?近日,笔者跟随高质量发展调研行采访团,来到了上海交通大学李政道研究所。据悉,“李所”于2016年11月成立,从事物理和天文方面最前沿的科学研究,寻找宇宙中极大和极小间的关联,探索自然界最基本和最深刻的相互作用规律,为人类文明进步做出中国贡献。
2023年初,“李所”在上海交通大学原校长、中国科学院院士张杰教授的带领下,正式完成了《李政道研究所2035发展规划》中英文版的编制工作,明确了李所的科学使命是充分发挥大科学研究范式的优势,依托专用科学装置群的极限探测能力,在根本性科学问题的探索方面做出重大突破,形成基础研究的“上海学派”,到2035年建成有重要学术影响力的世界一流基础科学研究所。
本次调研采访,恰逢李政道研究所举办第七届稀有气体氙在科技中的应用国际研讨会。本次会议共有来自6个国家和地区的近60名学者参与,主要讨论液氙探测器在物理、化学、医学和工程等各领域中的应用以及最新的工程技术进展。
会上,上海交通大学李政道研究所牵头的PandaX实验组和国际同行,交流了近期利用自然氙开展暗物质和中微子探测的最新成果:发布了PandaX-4T实验当前全部数据探测暗物质的结果,在大质量暗物质区域再度刷新探测灵敏度;利用自然液氙探测器对氙-134双中微子和无中微子双贝塔衰变进行了国际最灵敏的搜寻。
未来,PandaX实验组计划开展20吨级液氙探测器的升级,这将成为国际上体量最大、灵敏度最高的液氙实验。“中国主导的PandaX液氙暗物质和中微子探测实验经过十几年的发展,在国际上从‘跟跑’发展到了‘并跑’阶段。希望通过快速推动新一代探测实验的建设,对暗物质和马约拉纳中微子给出关键性检验。”PandaX合作组发言人、“李所”副所长刘江来教授表示。
“李所”暗物质与中微子实验平台。吴泽顺 摄影
南海中微子望远镜计划,即“海铃计划”,是“李所”另一项牵头开展的前沿研究。“海铃计划”旨在探索建设中国首个三千米以下深海海域,能够全天候、全时段连续工作20-30年的高能中微子望远镜,通过捕捉天体及地球大气中核反应过程产生的高能中微子,开展探索极端宇宙,揭秘宇宙射线起源,寻找新物理规律。
“海铃计划”所研发的海铃探路者仪器舱。吴泽顺 摄影
“海铃计划”自2018年11月以来,经过缜密论证及相关仪器、装备的研制,作为前期预研项目,30余位科学与技术人员共同组成的“海铃探路者”海试团队于2021年9月赴南海科考,成功地在预定海域布放数套自研的实验仪器,在3500米海深处原位采集到超过1TB的数据,并针对全水深海水相关性质进行扫描、检测。经深入分析,验证了预选海域是良好的台址。目前,海铃探测器的原型样机正在研发中。
头图为李政道研究所外景图。受访者 供图