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季向东:让国际前沿科学在中国成为可能

2017-04-27 09:35 作者:曹继军 颜维琦 来源:光明网-《光明日报》 编辑:孔德明
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上半时观众席大姑娘

开栏的话:知识分子是社会的精英、国家的栋梁、人民的骄傲,也是国家的宝贵财富。或许,他们正在从事的工作很难为公众所熟知;或许,他们在芸芸众生中默默无闻,但他们却始终以质朴深沉的家国情怀、义不容辞的责任担当,在创新发展的实践中,为实现全中国人民心中的梦想而奋力拼搏着。从今天起,本报开设《知识人·强国梦》专栏,讲述他们的故事。让我们跟随记者的笔触,一起走进他们的工作场景,一起探寻他们的精神世界。

暗物质被科学家比作“笼罩在21世纪物理学天空中的乌云”,季向东将其称作宇宙中的“幽灵”。在中国四川锦屏山山体内,季向东带领着“熊猫计划”PandaX团队,在2400米的地下,夜以继日捕捉“幽灵”。

 

 

季向东:让国际前沿科学在中国成为可能

 

 

季向东人物素描 郭红松绘\光明图片

2010年,中国首个极深地下实验室“中国锦屏地下实验室”在四川雅砻江锦屏水电站投入使用,实验室垂直岩石覆盖约2400米,厚度居世界第一。这标志着中国已具备了世界一流的洁净、低辐射的物理学重大基础前沿研究的自主地下实验平台。为了躲避宇宙射线的干扰,PandaX实验就在这里进行。

这是我国开展的首个百公斤级大型暗物质实验。实验利用在空气中提纯的惰性元素氙(Xe)作为探测媒介来寻找暗物质;由上海交通大学牵头,包括山东大学、中科院上海应用物理研究所、北京大学、雅砻江流域水电开发有限公司、美国马里兰大学和美国密歇根大学的40多位研究人员参与。PandaX项目正式启动,使世界上液氙暗物质直接探测领域呈现“三足鼎立”之势。目前最有影响力的实验主要是在意大利Gran Sasso国家地下实验室进行的XENON100暗物质实验、美国南达科他州的大型地下氙项目LUX和中国锦屏山实验室的PandaX项目。

季向东清楚地记得第一次到锦屏山的日期:2009年的3月17日。那时,锦屏山隧道刚贯通半年多,洞壁一直在冒水。穿着长雨靴,趟着一尺多深的水,季向东进了隧道。他说:“我们就是要在这样极端的环境下,争取把暗物质探测实验的精度做到极致。”每天,上海交大暗物质实验组的常驻教师和学生,从隧道东出口的营地宿舍出发,坐车进入隧道的实验室。中午回宿舍吃饭后再进洞,直到晚上。

为了揭开“暗物质之谜”,世界各国一直在“赛跑”。暗物质的直接探测实验已经在多个国家的地下实验室中开展了近20年,技术也日趋成熟。最近10年,特别是利用液氙的探测技术被发展出来以后,暗物质的直接探测进入了一个新的阶段。大型的液氙探测器已经建造运行,吨级的实验也已经在建造中。最近实验结果的种种迹象表明,“我们正处在发现暗物质的边缘”。

2014年8月,PandaX研究团队发布了使用120公斤级液氙探测器所获得的首批数据。实验结果对以往国际上发现的疑似轻质量暗物质信号提出质疑。同年8月,《科学》杂志以《探索暗物质,中国团队迎头赶上》为题,报道了上海交大牵头的PandaX科研团队暗物质探索实验取得显著成果,该实验识别WIMPs(弱相互作用重离子)的灵敏度已经达到国际上较为领先的水平。接受采访的国际上其他几个实验合作组肯定了PandaX研究团队“在暗物质研究领域取得了非常快速的发展”。

2016年7月21日晚,在英国举行的两年一度的国际暗物质大会上,季向东自豪地向全球同行公布了PandaX二期500公斤级液氙暗物质探测器运行的第一个物理结果,在每天3.3万公斤的曝光量下,未发现暗物质粒子踪迹,对可能的暗物质候选对象得出了最新的限制。这一探测的灵敏度处于当时世界最高水平。

在季向东看来,“尽管目前暂未发现暗物质粒子踪迹,但这并不代表我们在做无用功。恰恰相反,我们通过探测数据排除了不应该有暗物质存在的区间,对可能存在的暗物质候选对象做出了最新的物理限制,这是在暗物质探测道路上迈出的重要一步。”

暗物质正处于被发现的边缘,PandaX项目正吸引着越来越多的世界目光。季向东表示:“我们想要证明,世界一流的暗物质研究在中国是可能的。”



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