#在地下2400米点燃“宇宙之光”# 是什么驱动生成了地球上丰富的元素和数不清的物种呢?自上世纪30年代以来,人类对元素起源和恒星复杂演化过程的认知取得了显著进展,但迄今仍存在许多亟待破解的科学难题。

近日,由中国原子能科学研究院(以下简称原子能院)牵头的,我国首个深地核天体物理实验项目——锦屏深地核天体物理实验发布首批4个核天体物理关键反应实验研究,系列研究取得核天体物理领域的原创性成果,为理解宇宙元素起源和恒星演化提供重要数据,使我国的深地核天体物理研究跻身国际先进行列。

深地之“光”

该项目首席科学家、中国原子能科学研究院研究员柳卫平说,了解遥远星球诸多奥秘的一个好办法,是利用加速器创建一个迷你的宇宙,来研究复杂的天体现象。

科学家们利用这一办法,我们知道了宇宙中丰富多彩的星球和元素,是经历了138亿年的漫长演化形成的。还了解了在恒星演化早期产生了比锂更轻的元素,中期产生了比铁更轻的元素,晚期产生了今天自然界的铁以上的重元素。

不过,其中还有诸多未解之迷。比如从碳到氧的反应决定了宇宙中的碳氧含量比,被誉为“圣杯反应”,如何确定该反应速率至今令人困惑。

原因在于,在天体环境下,两个原子核碰撞的速度非常低,这就使得从一个元素转化成另外一个元素的概率非常低。

“如果我们用常规方法在地面去探测这个概率,就好比在一个万人欢呼的广场听两个人的窃窃私语,根本听不见。这么一个微小反应产生的信号会被大量宇宙射线的噪音所淹没。”柳卫平解释。

十多年前,为了建造雅砻江流域水电站,水利学家在四川雅砻江边的锦屏山2400米深处修建了一条隧道。物理学家们发现,这是一个绝佳的深地实验环境。因为2400米的岩石就像一个暗室,能够牢牢的把宇宙射线的噪声给挡住。

在国家的支持下,这里建成了目前世界上最深的地下实验室。

图:中国锦屏地下实验室模型图(原子能院供图)

为更好开展核天体物理关键反应直接测量研究,中国原子能科学研究院联合中科院近物所、北京师范大学等国内外优势力量,在中国锦屏地下实验室完成深地加速器安装运行。项目加速器平台的深地建设得到了中国锦屏地下实验室、雅砻江流域水电开发有限公司、清华大学和上海交通大学的全力支持。

步入国际先列

核天体物理是核物理与天体物理融合形成的交叉学科,主要研究宇宙中化学元素的起源以及各种核过程如何控制恒星的演化及命运。

而基于深地实验室的天体核反应测量能够提供最基础和精确的实验数据。柳卫平带领团队在锦屏深地2400米下,建成了研究核天体物理的实验平台。经过历时将近6年的攻关,他们研发出了世界流强最高的深地加速器。

2020年12月26日,强流加速器在中国锦屏地下实验室成功出束,成为世界上最强流深地加速器。

“有了最强的加速器,相当于有了一道最亮的光线,这样就足以使得那么微小的反应都能看得到。”柳卫平说。

科学家们在锦屏地下实验室开展了4个核天体物理关键反应实验,分别是:25Mg(p,γ)26Al反应取得国际最高精度数据;19F(p,αγ)16O反应拓展到国际最低能量;13C(α,n)16O反应首次完整覆盖天体物理i-过程能区;12C(α, γ)16O反应测量实现国际最高灵敏度,向摘取“圣杯”跨出重要一步。

锦屏深地核天体物理实验项目集成了我国极地深地本底环境和强流低能量加速器先进技术,科学家们自主研制高分辨高效率伽马探测器,攻克了强流稳定运行、毫安级核反应靶稳定性和超低本底环境建立的难题,取得了若干国际核天体反应最精确的数据,为解决国际多年的天体物理疑难问题作出了贡献。

以上工作,使我们国家具备了开展深地核天体物理反应直接测量的最“安静”的环境、最强的亮度、最高的探测效率,找到了破解宇宙密码的钥匙。

“在深地实验室开展稀有核反应事件的直接精确测量是国际公认的核天体物理前沿课题,目前国内外竞争异常激烈。锦屏深地实验室岩层对宇宙线的屏蔽效果比国际上唯一的意大利地下核天体实验室还要好大约100倍。”柳卫平自豪地说。

前路无止境

地下2400米的锦屏实验室,犹如探索宇宙星空的“发现之门”。

驱车在地底几千米之下,穿过十几公里的时光隧道,来到在大山深处不知疲倦运行着的仪器旁边,伴随着原子核信号放大后发出的微微闪光,去聆听宇宙跳动的脉搏。

美国核天体物理联合会前主席迈克尔·威彻通过现场连线对JUNA成果进行点评,对首批实验成功给予充分肯定。

表示,这是核天体物理研究取得的重要成果,这将推动中国锦屏地下实验室成为面向世界开放的国家级基础研究平台,希望充分利用这一平台,在核天体物理的重要问题上作出更多更重要成果。

“我们将会利用深地和国内外最有利的条件,继续了解元素合成的密码,知晓重元素合成的路径,探索宇宙发出的烛光;我们还会汇集这些线索,利用超级计算机去模拟宇宙中能量产生和元素合成,探索宇宙重元素产生等一系列关键科学问题。”柳卫平说。https://t.cn/A6xe9PJX

黑颈鹤的家园——大山包/陈忠平 文图(转自:“昭通黑颈鹤保护志愿者协会”网)

昭通市大山包有三个名号;一是国家级自然保护区;二是国际重要湿地;三是中国黒颈鹤之乡。但还应该有一个名号“雄狮”大峡谷,因它比美国克罗拉多大峡谷深1000多米。1996年仲夏一次摄影活动我第一次登上大山包后就与大山包结缘,春夏秋冬一年四季每年都去,至今已有些年头了。春天来临之季大山包经过严冬风雪的洗礼感觉还沒缓过气息来……大地复苏,祖国上下一片春风送暖春意盎然。大山包可不一样,草山枯萎风沙走石,气温忽高忽低说不定何时又下一场雪雨……牧羊人身披羊毛毡衣躲在大石包后蔽风雨。再看大山包,忽苍凉粗旷风回路转,忽银装素裹白雪皑皑。可谓:大山包一年只有夏、秋、冬三季。

       
        五月初大山包草山满山遍的小黄花花星罗棋布,傍晚时分在夕阳辉映下另有一番景致,经过风吹雨淋小草由黄变绿,仙人田草山碧绿如洲,夏季来到了。假期间约上家人好友上山欣赏满山遍野五彩斑蓝争相开放的野花,享受一下大自然淸新凉爽的世界十分惬意。

        大山包金秋是收获的季节,湛蓝天空白云朵朵,大海子、跳墩河清澈见底。金黄色的燕麦飘香随风荡漾,红红的苦荞粒颗颗饱满……人们起早贪黑收割着用辛勤劳作换来的丰收喜悦。


秋天一过冬季来的很快。远方的大雁早已按耐不住内心的躁动,每年农历九月初九左右,黑颈鹤的先头小分队抵达大山包,随之大部队陆续飞过千山万水来到了阔别大半年之久的第二故乡。次年三月三飞离……年复一年。冬天的大山包很美,待到下雪时(中到大雪)恰到好处你会看到乌蒙山水如国画般景象,有云有雾有路有村……大山包高原特殊的地理气候形成了十里不同天的景观和鸡公山峡谷的风云变幻,増加了许多神秘色彩与光影。当地的纯朴民风及高原生态食品吸引了不少天南地北的游人和摄影爱好者亲临大山包,并将一幅幅美图、黑颈鹤多姿的倩影收入囊中带回去与朋友及家人一同分享。让我们共同协手保护好大山包这片净土,也为黑颈鹤建造一个良好的家园。祝愿大山包生机勃勃蒸蒸日上再放异彩!

#在地下2400米点燃“宇宙之光”# 是什么驱动生成了地球上丰富的元素和数不清的物种呢?自上世纪30年代以来,人类对元素起源和恒星复杂演化过程的认知取得了显著进展,但迄今仍存在许多亟待破解的科学难题。

近日,由中国原子能科学研究院(以下简称原子能院)牵头的,我国首个深地核天体物理实验项目——锦屏深地核天体物理实验发布首批4个核天体物理关键反应实验研究,系列研究取得核天体物理领域的原创性成果,为理解宇宙元素起源和恒星演化提供重要数据,使我国的深地核天体物理研究跻身国际先进行列。

深地之“光”

该项目首席科学家、中国原子能科学研究院研究员柳卫平说,了解遥远星球诸多奥秘的一个好办法,是利用加速器创建一个迷你的宇宙,来研究复杂的天体现象。

科学家们利用这一办法,我们知道了宇宙中丰富多彩的星球和元素,是经历了138亿年的漫长演化形成的。还了解了在恒星演化早期产生了比锂更轻的元素,中期产生了比铁更轻的元素,晚期产生了今天自然界的铁以上的重元素。

不过,其中还有诸多未解之迷。比如从碳到氧的反应决定了宇宙中的碳氧含量比,被誉为“圣杯反应”,如何确定该反应速率至今令人困惑。

原因在于,在天体环境下,两个原子核碰撞的速度非常低,这就使得从一个元素转化成另外一个元素的概率非常低。

“如果我们用常规方法在地面去探测这个概率,就好比在一个万人欢呼的广场听两个人的窃窃私语,根本听不见。这么一个微小反应产生的信号会被大量宇宙射线的噪音所淹没。”柳卫平解释。

十多年前,为了建造雅砻江流域水电站,水利学家在四川雅砻江边的锦屏山2400米深处修建了一条隧道。物理学家们发现,这是一个绝佳的深地实验环境。因为2400米的岩石就像一个暗室,能够牢牢的把宇宙射线的噪声给挡住。

在国家的支持下,这里建成了目前世界上最深的地下实验室。

图:中国锦屏地下实验室模型图(原子能院供图)

为更好开展核天体物理关键反应直接测量研究,中国原子能科学研究院联合中科院近物所、北京师范大学等国内外优势力量,在中国锦屏地下实验室完成深地加速器安装运行。项目加速器平台的深地建设得到了中国锦屏地下实验室、雅砻江流域水电开发有限公司、清华大学和上海交通大学的全力支持。

步入国际先列

核天体物理是核物理与天体物理融合形成的交叉学科,主要研究宇宙中化学元素的起源以及各种核过程如何控制恒星的演化及命运。

而基于深地实验室的天体核反应测量能够提供最基础和精确的实验数据。柳卫平带领团队在锦屏深地2400米下,建成了研究核天体物理的实验平台。经过历时将近6年的攻关,他们研发出了世界流强最高的深地加速器。

2020年12月26日,强流加速器在中国锦屏地下实验室成功出束,成为世界上最强流深地加速器。

“有了最强的加速器,相当于有了一道最亮的光线,这样就足以使得那么微小的反应都能看得到。”柳卫平说。

科学家们在锦屏地下实验室开展了4个核天体物理关键反应实验,分别是:25Mg(p,γ)26Al反应取得国际最高精度数据;19F(p,αγ)16O反应拓展到国际最低能量;13C(α,n)16O反应首次完整覆盖天体物理i-过程能区;12C(α, γ)16O反应测量实现国际最高灵敏度,向摘取“圣杯”跨出重要一步。

锦屏深地核天体物理实验项目集成了我国极地深地本底环境和强流低能量加速器先进技术,科学家们自主研制高分辨高效率伽马探测器,攻克了强流稳定运行、毫安级核反应靶稳定性和超低本底环境建立的难题,取得了若干国际核天体反应最精确的数据,为解决国际多年的天体物理疑难问题作出了贡献。

以上工作,使我们国家具备了开展深地核天体物理反应直接测量的最“安静”的环境、最强的亮度、最高的探测效率,找到了破解宇宙密码的钥匙。

“在深地实验室开展稀有核反应事件的直接精确测量是国际公认的核天体物理前沿课题,目前国内外竞争异常激烈。锦屏深地实验室岩层对宇宙线的屏蔽效果比国际上唯一的意大利地下核天体实验室还要好大约100倍。”柳卫平自豪地说。

前路无止境

地下2400米的锦屏实验室,犹如探索宇宙星空的“发现之门”。

驱车在地底几千米之下,穿过十几公里的时光隧道,来到在大山深处不知疲倦运行着的仪器旁边,伴随着原子核信号放大后发出的微微闪光,去聆听宇宙跳动的脉搏。

美国核天体物理联合会前主席迈克尔·威彻通过现场连线对JUNA成果进行点评,对首批实验成功给予充分肯定。

表示,这是核天体物理研究取得的重要成果,这将推动中国锦屏地下实验室成为面向世界开放的国家级基础研究平台,希望充分利用这一平台,在核天体物理的重要问题上作出更多更重要成果。

“我们将会利用深地和国内外最有利的条件,继续了解元素合成的密码,知晓重元素合成的路径,探索宇宙发出的烛光;我们还会汇集这些线索,利用超级计算机去模拟宇宙中能量产生和元素合成,探索宇宙重元素产生等一系列关键科学问题。”柳卫平说。https://t.cn/A6xe9PJX


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