本報首席記者 張懿
　　■科學(xué)家認(rèn)為,，人類的身邊游離著數(shù)量眾多的暗物質(zhì),，總量大約是常規(guī)世界物質(zhì)的6倍。它們不發(fā)光,，而且極少與常規(guī)物質(zhì)發(fā)生作用,。
　　■暗物質(zhì)探測，就是將高靈敏度的探測器安置在一大片由原子核組成的“樹林”里,，然后靜等暗物質(zhì)粒子這只“兔子”自己撞上來,。
　　
　　許多物理學(xué)家相信，每時每刻,，都有海量的粒子,，以百倍于子彈的速度，穿透地球上的萬物,，包括我們的身體,。
　　它們數(shù)量眾多，總量大約是組成我們常規(guī)世界的物質(zhì)的6倍,，沒有它們,，宇宙星河就不會是現(xiàn)在這個樣子；但它們又是如此孤獨,，游離在空間中,，無法被看到,、從未被感知。事實上,，除了貢獻引力，它們幾乎不與常規(guī)物質(zhì)發(fā)生作用,。因此,，即便不斷地被它們穿透，我們的身體也依然無恙,。
　　這就是理論物理預(yù)言的暗物質(zhì)粒子,。
　　過去十多年來，許多科學(xué)家正窮盡各種實驗方法,，試著與構(gòu)成宇宙質(zhì)量80%以上的暗物質(zhì)“接觸”,。如果如愿，這將極大地豐富人類對宇宙的理解,。
　　中國的研究者如今正走在最前沿,。在中國西部偏遠(yuǎn)山區(qū)的一間深入地下2.5公里的實驗室里，他們正在努力工作,，希望能率先捕捉到暗物質(zhì)粒子,。
　　不久前，本報記者 隨上海交大的研究者,，走進了中國錦屏山暗物質(zhì)實驗室,。
　　
大河灣里多了一“點”
　　錦屏山位于青藏高原東麓，是橫斷山脈的一支,。橫斷山脈由一條條南北延展的巖層褶皺組成,，雪山融雪順勢在其中蜿蜒成一條條江河，金沙江最大的支流——雅礱江便在其中,。
　　發(fā)源于巴顏喀拉山的雅礱江全長1500多公里,，最初的1000多公里幾乎是一路向南，直到在錦屏山前遇阻,。江水先是急轉(zhuǎn)向北,，百公里后再次繞向南方。地圖上,，雅礱江繞著錦屏山,，寫下了一個巨大的“幾”字。
　　據(jù)當(dāng)?shù)厝苏f,，從前,，山里的老鄉(xiāng)如果要去趕集，得翻山越嶺走上好幾天,。馬幫則選擇沿著峽谷,，順著河流,，繞行錦屏山，全程180多公里,。
　　但從2008年開始,，這段路驟然被“縮短”了90%。為開發(fā)水電,，雅礱江公司從東西方向鑿?fù)隋\屏山,。
　　原長江水利委員會副總工程師楊浦生告訴記者，借助河灣的天然地形,，截彎取直后,，江水“抄近路”走山下的隧洞，這樣就可以利用河灣兩端300多米的水頭落差發(fā)電,。
　　2007年,，錦屏二級水電站正式開工。工程要鑿?fù)?條洞徑13米的引水隧洞,，每個隧洞的江水能推動兩臺60萬千瓦的發(fā)電機,。此外，工程還要辟通兩條交通配套隧道,，以及一條排水隧道,。這七條隧道全都穿透錦屏山，長度都在18公里左右,，一起構(gòu)成了世界上最大的水工涵洞群,。
　　這個總投資逾400億元、總裝機容量480萬千瓦的錦屏二級水電工程,，就仿佛將“幾”字型的雅礱江大河灣變成了“凡”字,。而錦屏實驗室的位置，就在“凡”字這一“點”的正中間,。它的入口,，就位于交通配套隧道深處的巖壁上。
　　過去,，從外界到錦屏山根本沒路,。水電工程的第一批施工工具，當(dāng)初真的是靠馬馱進山的,。即便是現(xiàn)在,，從水電工程隊的營地出發(fā)，到最近的村鎮(zhèn),，也要開車近2個小時,；沿途超過三分之二的路程，都是在隧洞里穿山而行,。
　　
到2500米地下“撿石頭”
　　上海交通大學(xué)物理系主任季向東牽頭的暗物質(zhì)探測項目組PandaX,，目前正在錦屏山底緊張地作實驗準(zhǔn)備,。不久前，這個項目組剛剛受到《自然》雜志的關(guān)注——由中國主導(dǎo)的基礎(chǔ)研究實驗受到國際頂級刊物的關(guān)注,，這樣的事例并不多,。
　　2009年的3月17日，季向東第一次到錦屏山,。那時,，錦屏山隧道剛貫通半年多，洞壁一直在冒水,。穿著長雨靴，趟著一尺多深的水,，季向東進了隧道,。那天，一行共有7人,，還包括清華大學(xué),、中科院、美國普林斯頓大學(xué),、加州大學(xué)洛杉磯分校的幾位教授,。在昏暗的燈光下，他們撿了幾塊石頭,。
　　能把一群物理學(xué)家吸引到川西高原“撿石頭”,，魅力就在于隧道。
　　按埋深計算,，錦屏山隧道排名中國第一,、世界第二。隧道兩端入口海拔大約1600米,，它穿透的山峰,，最高海拔近4100米。換句話說,，站在隧道深處,，頭頂上是厚達(dá)2500米的山體。不僅如此,，整條隧道70%以上的部分,，埋深都在1500米以上。
　　暗物質(zhì)探測,，說簡單點,，就仿佛守株待兔——將高靈敏度的探測器安置在一大片由原子核組成的“樹林”里，然后靜等暗物質(zhì)粒子這只“兔子”自己撞上來,。但在我們身邊,，飛行著大量的常規(guī)物質(zhì)粒子和射線,，而它們撞“樹”的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過暗物質(zhì)，它們的撞擊會制造大量的干擾,。
　　為減少誤報,，準(zhǔn)確抓到“兔子”，“樹林”必須布置在常規(guī)粒子很少經(jīng)過的地方,。
　　在所有干擾中,，最麻煩的就是宇宙射線。宇宙射線來自太空,，具有極高的能量和穿透力,。隔離它們最有效的方法，就是靠巖層屏蔽,；巖層越厚,，屏蔽效果越好，實驗環(huán)境也越純凈,。
　　所以,，世界上主要的暗物質(zhì)實驗室大都建立在地下數(shù)百米到數(shù)公里的深處。
　　在極深的地下,，絕大多數(shù)宇宙射線被隔離,，可暗物質(zhì)卻照樣暢行無阻。因為暗物質(zhì)極少與常規(guī)物質(zhì)發(fā)生相互作用,，整個地球?qū)λ鼇碚f,，也就像薄薄的玻璃之于光線，何況幾千米的巖石,。
　　2008年8月8日,，北京奧運開幕當(dāng)天，錦屏山交通配套隧道貫通,。國內(nèi)學(xué)界敏銳地感到,，中國缺乏開展暗物質(zhì)研究條件的歷史，這次或許將被改寫,。
　　于是,，半年多后，7位教授組成的“觀光團”來到錦屏山,。
　　他們趟水進洞,，一方面是親眼看看這個傳說中的暗物質(zhì)探測寶地；另一方面,，他們還要搜集當(dāng)?shù)氐膸r石,，進行放射性檢測——暗物質(zhì)實驗不僅要提防宇宙射線這個“外患”，也要杜絕隧道內(nèi)存在放射性巖石的“內(nèi)憂”,。
　　檢測結(jié)果讓人非常滿意：巖層所含放射性之低出乎意料,。錦屏山底是一個絕佳的暗物質(zhì)探測實驗室候選地點,，一旦建成，就將成為世界上埋藏最深的地下實驗室,。
　　
穿行隧道“迷宮”
　　外人到了錦屏山,，第一件事就是適應(yīng)走隧道。整個錦屏地區(qū)簡直就是一個隧道的迷宮,。剛出洞,，一拐彎，忽然就進了另一個洞,。一旦進洞,，一般根本望不到另一端洞口的亮光。隧道壁永遠(yuǎn)是黑黢黢的,，路燈永遠(yuǎn)是螢火般的一點點,，雖然車一直在跑，但車窗外的畫面就像卡帶的音樂一樣,，單調(diào)地重復(fù)著，幾乎就是個定格鏡頭,。就這么跟著車,，在洞里搖晃，憋悶半天,，差點被催眠的當(dāng)口,，眼睛忽然被陽光刺痛——出洞了。
　　在錦屏山“大工地”所有的隧道里,，直接穿越錦屏山的是其中最長的一段,。這隧道其實是兩根，一南一北相鄰,，每根都是單行道,，每根長18公里，大體上相當(dāng)于從浦東陸家嘴到虹橋機場的距離,。這兩根隧道用來走車,，其下約80米處，就是4根巨大的引水隧洞,。
　　錦屏山隧道完全是原生態(tài)的,，四壁是坑坑洼洼的石頭，地上滿是泥漿,。隧道的寬度,，勉強可以并排走兩輛小汽車。實際上,，這根錦屏山最長的隧道,，也是這里最窄的一根,。之所以挖不寬，是因為它頂上是幾千米的大山,，這讓隧道內(nèi)的巖石承受著巨大的應(yīng)力,。
　　水電行業(yè)有句話，三峽之外再無更大的電站,。而錦屏之外,，也沒有更難的工程。
　　錦屏工程之難,，關(guān)鍵在于開掘隧道時要對抗巨大的巖土應(yīng)力,。應(yīng)力最大的危險是“巖爆”——顧名思義，就是隧道掘進中,，由于巖層被切斷,，原先的內(nèi)應(yīng)力平衡被打破，石頭隨時可能像裝填了火藥一般炸開,，以釋放應(yīng)力,。在掘進的掌子面上，巖爆一旦發(fā)生,，非常危險,，大石頭能瞬間把大型設(shè)備埋沒，小石頭則像子彈一樣四處亂飛,。記者在錦屏工程展示館里,，就看到好幾頂被小石頭擊中，留下深深凹痕的鋼制安全帽,。
　　每天,，上海交大暗物質(zhì)實驗組的常駐老師和學(xué)生，從隧道東出口的營地宿舍出發(fā),，坐車進入隧道的實驗室,。中午回宿舍吃飯后再進洞，直到晚上,。
　　季向東說,，原來課題組曾計劃中午不出洞，把飯帶進實驗室吃,，這就可以省下路上奔波的時間,。但試了之后發(fā)現(xiàn)，在這樣與世隔絕的洞里從早待到晚,，心理上有些扛不住,。
　　這話算不上夸張——當(dāng)汽車在似乎望不到頭的隧道里終于停下，走出車廂，踏過滿地泥漿,，站上一個水泥平臺后,，記者的鼻子頓時被污濁的尾氣、土味和潮濕的瘴氣填滿,。雖然隧道里空蕩蕩的,，沒有其他車經(jīng)過，但空氣里依然回蕩著巨大的“嗡嗡”聲,。
　　昏暗的燈光實在照不亮煤黑色的隧道,。但就在水泥平臺上，兩扇四五米高的不銹鋼大門亮閃閃的,，提醒外人,，這個粗獷的所在與科技前沿有交集。
　　季向東招呼記者趕緊進實驗室,。他說,，在隧道里站15分鐘，口罩就會變黑,。
　　但他補充說：“我們就是要在這樣極端的環(huán)境下,，爭取把暗物質(zhì)探測實驗的精度做到極致?！?br>　　
暗物質(zhì)有多“暗”
　　暗物質(zhì)最神奇的地方,，就是它無處不在，卻從未被發(fā)現(xiàn),。
　　過去,，人類對宇宙的了解,，主要靠望遠(yuǎn)鏡搜集,、分析來自遙遠(yuǎn)星系的光和電磁波。但暗物質(zhì)卻根本不發(fā)光,，因此,，直接看是看不到它們的。
　　大約80年前,，加州理工學(xué)院的瑞士天文學(xué)家弗里茨·茲威基發(fā)現(xiàn),，某些星系邊緣部分的運動速度要比預(yù)想的更快。在這個旋轉(zhuǎn)速度下,，星系中已知物質(zhì)提供的萬有引力實在難以抵擋邊緣部分的巨大離心力,，這些部分應(yīng)該會被“甩”出去。
　　但是這種情況沒有發(fā)生,。茲威基大膽推斷說,，應(yīng)該有種看不見的神秘物質(zhì)，貢獻著更多的萬有引力。
　　在隨后幾十年中,，各種物理實驗也間接證明,，宇宙中存在大量與常規(guī)物質(zhì)不同的東西，貢獻著額外的引力,；它們就像宇宙的膠水,，拉住了星系。雖然在解釋這些額外引力時,，物理學(xué)家曾創(chuàng)造出各種假說,，但現(xiàn)在，多數(shù)科學(xué)家相信,，這種看不見的東西是暗物質(zhì),。而且，它們很有可能是由一類名為“弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMP）”的微觀粒子構(gòu)成,。
　　被廣為接受的理論認(rèn)為,，WIMP粒子在宇宙中廣泛存在，暗物質(zhì)的總量是組成我們已知世界的常規(guī)物質(zhì)的6倍多,。很多人認(rèn)為,，它“像霧像雨又像風(fēng)”，包括地球也“飄浮”在暗物質(zhì)的氣暈中,，宇宙的演變則很大程度上被暗物質(zhì)主導(dǎo),。了解暗物質(zhì)、了解WIMP的性質(zhì),，應(yīng)該能為人們打開一扇巨大的未知領(lǐng)域的大門,。
　　季向東說，我們所在的銀河系就像一個直徑約10萬光年的鐵餅,，但這只是其“可見部分”的樣子,；基于暗物質(zhì)模型，在“可見”的銀河之外,，還包裹著大量的暗物質(zhì),。算上它們，整個銀河系的直徑可能要大上10倍,。
　　打個比方,，如果把完整的銀河系比成一顆葡萄，那么已知部分只是小小的“葡萄籽”,，大團“果肉”里全是暗物質(zhì)粒子,。
　　人類對暗物質(zhì)的認(rèn)識，一直就像“聞香識女人”,，只來自間接觀測證據(jù),。迄今，沒有強有力的直接證據(jù)讓科學(xué)家能信心滿滿地宣布：“暗物質(zhì)被找到了?！?br>　　要找暗物質(zhì),，得在微觀尺度上，與可能存在的WIMP粒子接觸,，了解其大小,、質(zhì)量等基本性質(zhì)。而要“接觸”,，就得接受暗物質(zhì)的“行事規(guī)則”,。
　　物理學(xué)將物質(zhì)間的各種力歸為四種相互作用：電磁相互作用、強相互作用,、弱相互作用,、萬有引力。暗物質(zhì)只參與后兩種,，要與暗物質(zhì)粒子接觸,，唯一的方法，是靜候它們在飛行中偶然與常規(guī)物質(zhì)的原子核碰撞,。
　　季向東說,，暗物質(zhì)探測實驗會搭建一個原子核的“樹林”，然后“守株待兔”,。不過,，儀器抓到的還不是暗物質(zhì)這只“兔子”，而是它與常規(guī)物質(zhì)的原子核碰撞后,，原子核發(fā)出一些信號：光,、振動或是電子。這些信號,，就好比是被兔子撞到的樹上掉下的葉子,。
　　但無論這碰撞產(chǎn)生的是光、熱,，還是電子,，它都非常微弱,，所以,，科學(xué)家需要造出盡可能靈敏的探測器。在錦屏山底的中國暗物質(zhì)實驗室,，中國的科學(xué)家正翹首以待,，希望不錯過這道奇妙的光。
　　有意味的是,，根據(jù)目前的理論推算,，暗物質(zhì)粒子WIMP的尺寸可能比人們已知的所有基本粒子更小，但這些“最小的粒子”卻決定了我們已知的最大尺度的對象——宇宙的演化。這就是大與小的辯證法,。
　　
暗物質(zhì)實驗到底有什么用,？——訪PandaX項目組負(fù)責(zé)人季向東
　　文匯報：中國目前介入暗物質(zhì)探索，介入前沿的物理基本問題的研究,，有什么現(xiàn)實意義,？
　　季向東：這種探索本身蘊含了一種難能可貴的挑戰(zhàn)精神。
　　在PandaX項目中,，上海交大給予了課題組很大的支持,，這種支持不僅是經(jīng)費，更是一種對科學(xué)研究的理解和寬容,。
　　交大校長張杰曾說,，在極深地下實驗室的理想屏蔽環(huán)境中一定會有不少物理發(fā)現(xiàn)；退一萬步說,，即使探測十年無果,，這些探索也是有意義的，因為我們向世界展示了中國科學(xué)家沒有功利色彩的科學(xué)追求精神,。
　　文匯報：如果發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì),，會對國民經(jīng)濟有什么推動嗎？
　　季向東：暗物質(zhì),，即使發(fā)現(xiàn)了,，短期內(nèi)很難說能有什么用處。但是,，暗物質(zhì)探測,、以及其他重大基礎(chǔ)課題研究，一定會對工程技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生推動,。就拿我們的PandaX項目來說,，探測器外的高純度無氧銅屏蔽體，要求銅的純度達(dá)到5個9,，也就是99.999%,。我們在河南找到了一個有能力提供這種銅材料的企業(yè)。
　　現(xiàn)在,，我們的實驗用到一些儀器和零件,，很多得靠進口，比如極高靈敏度的光電管,。這個產(chǎn)品價格接近一輛小汽車,，附加值非常高，但國內(nèi)做不了,；如果有企業(yè)能提供,，一定能有不錯的回報,。
　　在美國一些著名的理工科高校周邊，都有一大群中小型高科技企業(yè),。這些企業(yè)技術(shù)水平很高,。它們的崛起，很大程度上是依賴這些著名高校的實驗室,。
　　國內(nèi)要建設(shè)世界一流大學(xué),，離不開這樣一個高科技產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境。反過來,，高水平的研究,，也能支撐起足夠多的掌握核心技術(shù)的企業(yè)。這些企業(yè)是真正的高科技產(chǎn)業(yè),，具有很強的生命力,。
　　文匯報：現(xiàn)在似乎有一種論調(diào)，優(yōu)秀的學(xué)生不太愿意在國內(nèi)從事基礎(chǔ)科學(xué)研究,。您怎么看,？
　　季向東：基礎(chǔ)研究，某種程度上也是人才的競爭,。要吸引年輕人在國內(nèi)工作,，除了提供與國際水平可比的待遇，更重要的是為他們實現(xiàn)學(xué)術(shù)理想提供機遇,，這就需要具有國際一流水平的科研平臺,。