文/《四川党的建设》全媒体记者 黄薇

锦屏山交通隧道东端。供图/国投集团雅砻江公司

攀西群山连绵起伏，雅砻江在峡谷间奔涌。在锦屏山厚重山体之下，垂直深度2400米处，藏着一座如同硬核科幻影片场景的“地下科学城”——中国锦屏地下实验室。

这是一个面向全球开放的深地前沿科研平台，多个科研团队在此扎根，开展暗物质、核天体物理等一系列前沿探索。“这里是全世界最深的地下实验室，拥有宇宙射线被巨大山体屏蔽的极致安静的实验环境。”清华大学工程物理系教授、CDEX合作组负责人、锦屏地下实验室物理科学部主任岳骞介绍。在锦屏地下实验室C1实验厅，岳骞带领团队架设高纯锗探测器，依托这一独特地下环境，寻找理论预言存在的极微弱粒子碰撞痕迹，捕捉无法直接观测的物质——暗物质。

2008年，正是岳骞敏锐捕捉到雅砻江流域水电开发有限公司（以下简称“雅砻江公司”）锦屏山隧道贯通的机遇，推动这里从工程隧道转型为锦屏地下实验室一期的深地科研平台。在这座地下实验室，科学家们正在解锁哪些宇宙谜题？

在深地隧道 找到理想空间

暗物质约占宇宙物质总量85%，决定着宇宙物质构成与星系的形成演化，一旦破译它的本质，有望掀起新一轮基础物理突破与技术变革。但暗物质本身不发光、不参与电磁相互作用，想要捕捉它引起的极其微弱的信号，必须找到一处极致安静的实验环境。

地面上无处不在的宇宙射线，会像无数颗子弹一样轰击探测器，产生大量干扰信号，岳骞形容“如同在嘈杂的足球场里探听一根针掉落的声音”。为了最大程度屏蔽干扰，暗物质这类前沿物理实验，必须转入地下实验室开展。

2003年，岳骞在国际上率先提出并领导开展低能量阈高纯锗暗物质直接探测实验。彼时，国内没有可供使用的地下实验室，只能借国外场地做实验。在国内找到一处合适空间，成了岳骞多年的心事。他回忆：“很多岩石覆盖厚度符合要求的煤矿地下空间太恶劣，空气无法保证，电力也不稳定。前期联系过一些金矿，地下工作空间相对好一些，但岩石覆盖厚度不够。”

2008年8月，岳骞无意间看到电视屏幕上一条新闻闪过：雅砻江公司锦屏山隧道全线贯通。这条消息让岳骞十分振奋，开始和同行讨论，积极推动建设地下实验室。

2009年3月，岳骞第一次来到锦屏山隧道。“我从隧道中部进行了岩石爆破后的墙壁上找了一块没掉进水里的新鲜岩石，带回北京测量其放射性杂质含量。”结果让他大喜过望：锦屏山隧道不仅岩石覆盖很厚，而且岩石本身的放射性杂质含量非常低，比北京地表岩石干净几十倍。

“锦屏山隧道原本是锦屏水电站的交通洞。”参与锦屏水电站建设的雅砻江公司水电工程师、锦屏地下实验室管理局副局长申满斌，回忆起他第一次见到清华教授团队时的场景说，“当时我还以为是搞核反应堆的，后来听说他们要的是‘最纯净、最没有放射性的地方’。”申满斌才明白，这群人不但不会带来辐射，反而是来“躲辐射”。

2009年5月，清华大学与雅砻江公司签署战略合作协议；7月选址；年底，一期实验空间完成挖掘。那是一个从隧道壁延伸进去的L型空间，入口宽约8米，拐过弯后是一个长约40米、宽和高约8米的大厅，全部容积约4000立方米。2010年，清华大学牵头组建的CDEX合作组的高纯锗探测器进入地下，中国第一个自主暗物质实验正式启动。

CDEX合作组团队成员查看液氮罐数据。供图/CDEX

用创新材料 打造“纯净”实验室

一期建成后，很快取得了暗物质探测领域的一批重要成果，更多的实验需求随之而来。

“地下实验空间很快就满了。”岳骞说，“很多其他领域的实验项目都希望利用这个得天独厚的深地条件开展实验。”2014年，清华大学与雅砻江公司决定建设实验室二期。

当时，雅砻江公司的施工队伍正好完成水电站主体工程，准备撤场。申满斌介绍：“主体工程完工后，通常要对施工辅助洞进行封堵。我们把这些辅助洞用起来，进行加固，作为实验室二期的内部交通洞，再专门开挖了尺寸更大的实验大厅。”

在省发展改革委的大力支持下，清华大学和雅砻江公司共同将实验室二期申请并获批为国家“十三五”重大科技基础设施建设项目。实验室升级成为大国重器，科学家也对实验室二期辐射本底控制提出了更高希望和要求，特别是要对岩石和地下水中不断析出的氡气进行控制。

氡是一种放射性气体，对普通人来说，它看不见摸不着；但对暗物质探测来说，氡衰变产生的信号会像噪声一样，淹没暗物质极微弱的“轻响”。岳骞说：“我们要求把地下实验大厅的氡浓度控制到低于一般地面氡浓度的水平。”

为此，建设团队一边研发一边试验。“我们使用国际首创的防水抑氡施工工艺，最大程度控制了实验室的氡辐射。”申满斌指着洞壁上黄色的涂层感叹，“里面其实有十层材料，防水板、速凝橡胶……既要防水效果好，又要方便施工，还不能带来放射性干扰。10万平方米的防水抑氡层，5万多米的拼接焊缝，做到了没有一个渗水点。”

除此之外，实验室二期还建成长约九公里的大流量新风供应系统，将地面的新鲜空气源源不断地输送到地下，确保地下实验室的氡浓度达到控制标准。实验室施工所需的各种建筑材料，也都要经过严格的辐射检测，符合要求的才能使用。重重把关下，实验室二期实现了全世界整体最低的辐射本底。

2023年底，锦屏地下实验室二期建成运行，有A、B、C、D四个实验大厅，总容积33万立方米。服务隧道连接各厅，顶部密布通风、空调、消防、电缆管道，地面留给实验设备。二期目前已入驻清华CDEX高纯锗暗物质实验、JUNA深地核天体物理实验等十余个科研团队。

从暗物质出发 拓宽研究边界

9月30日上午，锦屏地下实验室C1实验厅。清华大学工程物理系博士后、CDEX合作组现场实验负责人徐锐穿着洁净服，正在手套箱前操作。他指了指脚下的液氮罐：“CDEX300公斤级高纯锗探测器组装好后，通过仪器放入这个容积为1700立方米的液氮罐。液氮能把探测器稳定维持在零下196摄氏度，压低锗晶体热运动产生的噪声，同时阻挡周围岩石和建筑钢材等产生的微量放射性干扰，从而让探测器能捕捉到极细微的暗物质粒子入射引起的信号。现在是测试阶段，今年底开始运行。”之所以选用高纯锗，是因为锗晶体纯度极高，拥有极佳能量分辨率与极低探测阈值。一旦暗物质粒子与锗原子核发生碰撞，极其微弱的能量沉积就能被捕捉记录。

这套正待组装的300公斤级高纯锗阵列，比CDEX早期探测器有着跨越量级的跃升。“早期高纯锗探测器是单块1公斤级点电极高纯锗探测器，后续团队将其升级为探测器阵列。”徐锐介绍，这样能够让晶体靶质量更大、本底干扰压得更低，把人类探测的灵敏度推向全新区间。

“暗物质探测用的是排除法。” 岳骞说，“就像在海洋中寻找，我们排除了这片海域，就继续搜索其他的海域。随着灵敏度不断提高，我们把可能的范围一点点缩小。”此前，CDEX合作组依托CDEX-10实验，多次在国际顶级期刊《物理评论快报》刊发成果，持续压缩暗物质理论存在的参数空间。目前，CDEX合作组有100多位师生，来自11家单位，分为暗物质物理、电子学等多个小组开展实验系统研制，最后都汇总到锦屏地下实验室测试、组装、运行。

基础研究带动了一条技术链条：超纯材料、晶体生长、探测器、辐射防护。“高纯锗探测器还是环境检测的重要手段，家里装修用的石材等很多材料都需要它来测量放射性杂质含量。”岳骞说，“虽然我们还没有找到暗物质，但在研究过程中发展出的尖端技术，已经开始服务产业。”

从实验室往隧道一端走，四川大学华西医院的深地医学实验正在开展。“他们利用交通洞的横通道，在不同埋深位置做对比实验。”申满斌介绍，“越靠近洞口，岩石覆盖越浅，宇宙线辐射背景就不一样。他们发现，地下的低辐射本底环境可以抑制肿瘤生长、延缓衰老。”

一批批科研团队入驻，总会不断提出新的实验布局、特殊环境保障需求。为了守护好这座“地下科学城”，实验室现场管理团队安排24小时值班，时刻保障好地下空间安全、实验项目水电供应和空气环境质量。申满斌和管理团队跟着科研需求迭代升级，在实践中补齐标准、完善配套，拓展提升为科学实验的服务能力。长期和科学家们打交道，申满斌已成了半个 “科学通”，他也从水电工程师成长为专业的实验室管理人员。锦屏地下实验室的实验要使用到危化品、特种设备、压力容器，“水电站没接触过的新事物，我们就自己找规范、找标准，请教专家进行学习。”他说。

科研工作者在地下布设新装置、探索前沿谜题；实验室管理团队持续完善空间保障能力，托举每一次探索。从徐锐到申满斌，从暗物质探测到深地医学、量子科技，科研人与实验室相伴生长，在千米山腹，持续拓宽人类认知的疆界。