山中地下2400米,建在四川的全世界最深地下实验室,在研究什么
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随着人类科技发展的不断进步,人们对于宇宙之中的神秘物质逐渐有了一些认知。为了探测和研究这些神秘物质,人们往往会选择一些让人们意想不到的特殊环境和特殊位置来建造探测器和实验室。譬如,日本用来探测中微子的超级神冈探测器,就被修建于地下千米深的地底,而同样对中微子感兴趣的俄罗斯,则把探测实验室建造于贝加尔湖畔的水底。

我国作为强国之一,本着“科技兴国”的原则,自然也不会放过对于这些宇宙空间神秘物质的研究探测,试图从中找到一些关于宇宙和物理的未知规律,解开关于人类科技领域的未知面纱。为此,我国也在四川西昌的彝族自治州锦屏山地下2400米深处,建造了全世界最深的地下实验室。而这个实验室的研究对象,正是宇宙之中神龙不见首尾的暗物质。
那么,我们为什么要选择研究暗物质,又为什么要选在地下两千四百米深的地底来研究暗物质?暗物质有什么特别之处?

暗物质
我们首先来了解一番这个藏在地下两千四百米深处实验室的主要研究目标-暗物质。
暗物质是在基于星系自转曲线理论提出的一种物质,这种理论与爱因斯坦的引力波一样违背牛顿万有引力的观点,证实星系的质量从理论模型上来看与预期产生了巨大的差异,这些质量的差异就来源于星系之间所存在的许多人们观测不到的物质,这种物质广泛且大量地存在于宇宙之中,是宇宙物质的重要组成部分,可以随意构成任何一种已知物质。因此,这种神秘不可见的物质就被称为暗物质。

并且,这种暗物质占有宇宙全部物质总质量的八成以上,平均每天有几万亿个暗物质从人体穿身而过,人体却不会有任何感觉。有些被广泛认同的观点认为,组成这种暗物质的主要成分是一些能产生微弱互相作用的,有质量惰性粒子,或者一种非常轻的中性粒子。目前,人类对于暗物质的了解还十分有限,在人类的有限认知里,目前已经证实暗物质具有以下几个属性:
首先,暗物质是有质量的,这是人们发现暗物质参与引力的相互作用所得出的结论。但是人们还不能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互相作用,与光子的相互作用也非常微弱,因此暗物质很暗,几乎不会散发任何光芒。

并且,暗物质的运动速度也远低于光速,是一种极冷极暗的物质,这导致暗物质的结构特性也十分稳定,不会产生太大的变化,与我们人类目前所认知的任何一种粒子都大相径庭,成功挑战基础的粒子物理标准模型。
暗物质探测之路
人们提出暗物质的猜想和理论最早是在上个世纪二十年代初,天文学家卡普坦最先在观察星系运动的过程之中,根据一些星系运动的异常现象,推测出星系周围可能存在不可见的物质,但未经证实。

在三十年代初期,同样作为天文学家的兹威基在研究狮子座附近一个星系团的过程之中,通过用光度学和动力学来分别测算星系团质量的时候,发现这两种测量方法得出的质量结果竟相差一百六十多倍。正式提出有关暗物质的猜想:暗物质有质量,却不发光,所以,利用动力学能测量到它,光度学却测量不到它。这个猜想也使得暗物质一词正式出现在学术论文之中,但兹威基并未对暗物质进行进一步研究。
直到三十年之后,另一位天文物理学家鲁宾对暗物质产生了浓厚的研究兴趣,在经过十余年的漫长观测和数据计算之后,针对暗物质进行了详细的描述和研究,通过银河系质量的“丢失”间接证实了暗物质的存在。

但直接证实暗物质的存在还是在这个世纪初才被得到正式的证实,2006年,一个天文研究团队通过X射线望远镜观测到星系团之中产生的一系列星系碰撞,在这个星系碰撞的过程之中,暗物质被分离出来,而这个观测证据由此打开了人们对暗物质的正式研究大门。
但是,无论是直接观测还是间接观测,都仅仅停留在“观测”阶段,要对暗物质进行研究,还需要切实的探测手段。而这些探测手段就需要一定的探测证据作为标准来证实暗物质的成功捕捉。目前公认的探测证据主要是通过对星系和宇宙辐射尺度这两大方面的探测来实现的。从星系来说,可以通过对星系团的运动和X射线以及引力透镜的观测来证实暗物质,从宇宙背景来说,可以通过研究宇宙微波辐射总量和宇宙总体结构尺度来推算暗物质。

当然,只要暗物质能与物质产生作用,我们就能够探测到它。只是这会对我们人类的科学技术和探测条件提出非常大的挑战和困难。目前主要有直接探测,间接探测和对撞机探测三种方式。
其中,前两种探测方式是通过对暗物质与其它物质产生作用所留下的痕迹进行间接或直接的探测。而最后一种粒子对撞机探测方式则是在粒子对撞实验里产生暗物质,但这种在粒子对撞之中产生的暗物质粒子很难被探测到,还是会产生暗物质不可见的特征。所以,现在一般都会将粒子对撞的探测方法与前两种直接或间接的探测方法相结合,才能达到最好的效果。

中国锦屏地下实验室
随着暗物质这个科学话题的逐渐热门,许多国家都针对暗物质实验进行布局,我国自然也不例外。2010年,中国第一个地下极深实验室-中国锦屏地下实验室正式投入使用,其2400米的深度荣登世界岩底最深实验室之名,正在开展针对暗物质的探测研究。
中国锦屏地下实验室,利用的是修建锦屏山水电站时挖的隧道改造而成,极深的地底位置能够有效屏蔽来自宇宙射线的干扰,使得暗物质探测器的探测结果更加精准,为了使抗干扰能力更加强悍,在暗高纯锗晶体物质探测器的外部,除了岩石还包裹着厚达半米的混凝土和厚达一米的聚乙烯,以及一层铅状物,就连中子都不得入内。

并且,这座地下实验室由于建造位置的便捷,研究人员只需要在地面就能够对地下实验室的探测设备进行控制,并对探测数据进行研究分析。而中国锦屏地下实验室主要通过两种探测方式对暗物质进行探测研究,分别是以清华研究组为代表的低温半导体探测器与上海交大的液氙探测器。
这两种探测器都是采用对暗物质与粒子发生碰撞引起的反冲核数据来证实暗物质的存在,用直接观测法来对暗物质进行研究,将世界暗物质的直接探测水平提高到一个全新高度。

目前,在对暗物质探测器进行研制改进的过程中,我国已经掌握了暗物质探测器的商业级制造技术,并通过精密的暗物质探测实验结果,排除了美国实验组给出了暗物质存在区域,缩小了暗物质的存在范围,为发现暗物质提供了更大可能性。
随着暗物质的研究成果不断的进步,我国已经不满足于单单对暗物质进行研究,而是要升级为能够研究中微子和核天体的物理实验室。为了满足实验需求,在2014年,锦屏地下实验室正式开启了扩建计划,这个扩建计划甚至被纳入了国家科技建设领域的“十三五规划”,即将升级成为地下极深极低辐射物理实验室,能够容纳更多的实验项目和实验团队。其面积将从四千立方米增加到三十万立方米,是一个绝佳的地底研究实验室。

暗物质的作用
那么,暗物质这种宇宙之中极其神秘的物质,究竟有什么用呢?
其实,现阶段人类对于宇宙的了解认知还十分有限,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已不再适用于当前人们所认知的宇宙规则。
而暗物质的证实,除了能为我们修正和打开物理模型和天文物理的新视野,还能用以解释一些现今科学所不能解释的领域和现象:宇宙之中那些占比很高但却不为人所知的暗物质,有没有可能就是我们所认知的“灵魂”,“意识”或中医学,道教之中的“气”“道”?

如果人类科技的发展水平能够对暗物质进行肆意利用和转化,那么,也许人类科技可以少走很多弯路。我们不妨来大胆猜测一下,既然暗物质具备形成宇宙之中一切基本物质的条件,那么我们是否能够利用暗物质来造物,甚至“隔空取物”,意念交流?毕竟在电磁波刚被发现证实之时,人们也从未想过它有一天会将人类信息传播途径和方法抬升到一种全新的境界。

从哲学上来说,暗物质的存在从某种程度上也影响着科学主义至上理论,为目前广泛所为人认知的物质决定意识观点提出质疑,也许能够帮助人类理解意识的起源甚至“第六感”的本质,那么,人类的科技和进化将会达到一个全新的层次和维度。

所以,我国在地下两千四百米深建造的实验室,未来不仅是对暗物质进行研究,更是对所有宇宙之中无知的未知进行研究探索,并且,对于未知的探索也就是对于科学的探索,只有不断揭开未知,才能够超越自我,将认知完善拔高到一个全新的境界。
而这些探索和开发的科技成果,也有助于我们国家具备更高的科技水平和综合国力,同时,这些看似玄妙的科技成果,随着时间的推移终究会反哺并影响到千家万户的日常生活,给我们带来一个全新的世界。

【百年更迭,湖南铁路绘出经济版图“黄金路线”】

80年前,著名作家沈从文从北京回家乡凤凰,用了20多天的时间。12月6日,随着张吉怀高铁通车,从北京出发,只要8个小时就可以到达凤凰。
窥一斑而知全豹。从汽车到火车,从火车到高铁,日臻细密的高速铁路网,便捷的轨道出行方式,正在构筑湖南更为完整的交通骨架与血脉,为湖南经济社会快速发展打通“主动脉”、启动“新引擎”。

铁龙飞驰,“千里一日还”的美好愿望成为现实

湖南铁路建设的故事,要从百年前说起。
1894年,张之洞、王文韶、盛宣怀等人向朝廷上书修建卢汉铁路(卢沟桥至汉口,后改京汉铁路),在奏折中说明等卢汉铁路竣工后,再由汉口南延至广州,由汉口至广州的这段铁路就是粤汉铁路。1896年,晚清政府主导的铁路总公司成立后,粤汉铁路的修建被正式提上议程。
而且,在当时湖南士绅们主张提议下,粤汉铁路从规划之初的由江西南下而改道由湖南南下。粤汉铁路穿越湖南省,在湖南境内里程占总里程近60%。1935年出版的《湖南实业志》写道:“粤汉铁路湘鄂段修成后,长沙之商业地位,更形重要,以前之岳州及湘潭,至此日形衰落,长沙渐成湘省货物进出口之总汇。”
1936年4月,粤汉铁路全线通车,从长沙至武昌,当时的快车只需15个小时。后来,这条被称为京广铁路的交通干线,为湖南经济社会变迁、人文历史风貌带来深刻影响。

第二年,湖南铁路建设史上耗时最长、工程任务最为艰巨、投入人力最多的一项重大工程——湘黔铁路开建。直到1972年,历经战火烽烟、经济困难,最终在全民奋战中实现全线贯通。
这条全长902公里、在湖南境内蜿蜒550.7公里的铁路“大动脉”,在怀化与枝柳铁路相交,在株洲与京广、浙赣铁路相接,打通了一条西南地区通往东部沿海地区的主干道,对连通我国东西交通、开发大湘西乃至我国大西南,具有重要意义。
湖南境内,普铁建设步伐加速,高铁建设提上日程。
2009年,京广高铁武广段开通运营,时速350公里,湖南正式进入高铁时代;
2014年,沪昆高铁湖南段开通运营,与京广高铁在长沙南站“握手”,形成“黄金十字”;
2018年,怀邵衡铁路开通运营,长沙、怀化、衡阳三地形成湖南高铁“金三角”;
……

铁龙飞驰,与风竞速。这些年,湖南省铁路网络日益完善,目前全省铁路里程达5877公里,其中高铁营运里程约2233公里,居全国前列。以长沙为中心,基本形成“北上深广”5、4、3、2小时及省内2小时高铁交通圈。

深度参与,促推湖南铁路版图日臻完善
从拥挤的绿皮火车到宽敞舒适的复兴号, 从普快的长途颠簸到高铁的风驰电掣,铁路路网规模和质量大幅提升,湖南省交通枢纽地位日益凸显,经济发展的触角伸向四面八方,文化交流活动更加频繁,人们旅游出行变得便捷舒适。
湖南铁路网络量和质飞跃的背后,不得不提到一个重要的参与者——湖南轨道集团旗下湖南铁路建设投资有限公司(下称“湖南铁投”)。据悉,湖南轨道集团代表省方投资的22个铁路项目中,湖南铁投直接参建数就达16个,湖南铁投陆续参与了衡柳客专、吉衡铁路、石长复线、娄邵扩改、沪昆客专杭长段、沪昆客专长昆段、湘乡火车站、怀邵衡铁路、长沙磁浮铁路、浩吉铁路、黔张常铁路、张吉怀铁路、渝怀复线、常益长铁路、湘桂铁路永州扩能、焦柳铁路怀柳段电气化改造等16个铁路建设项目投资建设。16个项目在省境内总里程2913公里,总投资2806亿元,目前已建成通车14个。

湖南铁投坚决贯彻省委、省政府、省国资委和湖南轨道集团党委的各项决策部署,切实抓好铁路投资,2019年、2020年连续两年投资破百亿,助力“六稳六保”,有效对冲疫情影响,有力保障全省铁路建设顺利推进,促进我省经济社会发展。
于湖南铁投而言,刚刚开通的张吉怀高铁具有特殊意义,这是以省方出资为主的一条铁路,意味着公司在湖南铁路建设投资中唱起了“主角”。张吉怀高铁于2016年12月正式开工,设计时速350公里,串起张家界、永顺、古丈、吉首、凤凰、怀化多个市、县,全长246.6公里,标志着神秘湘西正式迈入“高铁时代”。

今年,湖南铁投在湖南轨道集团“决战一百天 决胜开局年 冲刺保目标”专项行动中,充分发挥省方投资主体作用,助推铁路项目建设。在张吉怀铁路东南边,湘桂铁路永州地区扩能工程建设快马加鞭,截至11月底,湖南铁投开累已完成投资4.75亿元,项目通车在即。该项目包括永州地区既有湘桂铁路原易家桥站南端至永州站南端段增建第三线工程,还建益湛铁路自永州北站南端至永州南端,新建永州北站、永州北物流中心及永州北机务折返段及同步实施既有永州站站改等相关工程。全线设王家排站、永州北站及永州站3个车站。
常益长铁路建设也如火如荼。作为我省第一条实施投资省市分摊的高铁,建设前期,湖南铁投按照实事求是、依法依规的原则,会同相关单位深入细致做好征拆调查工作,积极助推项目建设。12月1日上午,在长沙市望城区黄金园街道英雄岭村常益长铁路黄桥大道特大桥施工现场,建设者们正在使用无砟轨道铺轨机组进行首对长轨的铺设,这标志着常益长铁路建设进入了全线轨道铺设的关键阶段。

常益长高铁开通后,湖南省14个市州将全部通高铁,形成高铁环线。
产业“出圈”,改变的不只是速度
张吉怀高铁,一条串联起多个世界著名文化遗产和自然遗产的旅游通道。
张吉怀高铁将湘西州凤凰古城、老司城、芙蓉镇、矮寨·十八洞·德夯大峡谷、乾州古城、红石林、坐龙峡等多个景区穿珠成链,辐射带动龙山里耶·八面山·惹巴拉、花垣边城茶峒、泸溪浦市古镇、保靖吕洞山等景区,是一条承载厚重历史人文与绝美山水诗意的“最美高铁”,也承载着湘西人民对更便捷出行和更美好生活的向往与期盼。

改变的不只是速度。张吉怀高铁还是一条“黄金联络线”。它衔接黔张常铁路、焦柳、渝怀、沪昆高铁、怀邵衡铁路,连接湖南省西部主要市州,辐射整个武陵山区。建成通车后,大湘西各城市“朋友圈”联系越来越紧密,人流、物流、商流必将进一步畅通,农旅文旅进一步融合,给当地文化旅游、乡村振兴、承接产业转移等注入蓬勃力量。
“高铁一响,黄金万两。”面对高铁开通赋予的新机遇,吉首市将重点打造湘西黄金茶、高品质柑橘、特色养殖等十大产业示范园和农产品综合加工区,加快形成现代农业产业格局。随着张吉怀铁路的通车,大湘西地区文旅产业如虎添翼,高铁经济成为了大湘西最大的特色、最大的优势和最大的品牌。

打通“大动脉”,见证发展速度。铁路网络四通八达,缩短的不仅是时间,更延伸了发展的半径。
常益长高铁是国家“八纵八横”高速铁路网中厦门至重庆、呼和浩特至南宁两条大通道的重要组成部分,线路西起常德市,经益阳市,引入长株潭城际长沙西站,全长157公里。截至2021年11月底,常益长高铁项目湖南铁投开累已完成投资133亿元。
常益长高铁处在湖南省长株潭城市群的长沙-益阳-常德城镇产业聚合带内,随着常益长高铁的开通,将不断释放沿线旅游资源,涌现更多出行需求,把原本散落的旅游资源重新整合起来,通过常益长高铁串联起来,打造新的“湘西北旅游圈”。

不仅如此,常德、益阳加速融入“长沙经济圈”,进一步促进长株潭城市群一体化,扩大我省“一带一部”区位优势,对落实长江经济带、长江中游城市群等国家区域发展重大战略,践行“三高四新”战略定位和使命任务意义重大。
纵连南北、横贯东西、布局合理、连接顺畅的湖南铁路网络不断扩容,构建大通道、服务大战略,让“通江达海、走出国门、走向世界”的时空距离大幅压缩,让湖南经济版图上呈现的“黄金路线”日渐清晰!
湖南铁投总经理熊辉说,湖南铁路服务能力和供给水平大幅提升,对促进全省经济增长、改善民生,助力打造“三个高地”、践行“四新使命”、落实五项重点任务发挥着重要作用。
人畅其行,物畅其流,越织越密的铁路网络,越来越快的运行速度,不仅筑就湖湘大地上的钢筋铁骨,也悄然改变着人们的生活,为提升群众幸福感加码。从百年前的粤汉铁路,到今天张吉怀高铁的开通,一个个动人心魄的历史瞬间,在湖南铁路史册上定格,也逐渐勾勒出一个兼具发展速度与民生温度的新湖南。

通讯员:蔡立平 袁志慧 蒋伟
编审:陈卫东、赵庆丰、杨晨

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