暗物质探测需极端洁净环境,地下2400米的深度可屏蔽宇宙射线、降低背景噪声,同时依托地质条件实现实验装置稳定运行。
宇宙射线的天然屏蔽
宇宙射线中的高能粒子会干扰探测器信号。地下岩层可吸收99.99%的宇宙射线,不同深度的屏蔽效果对比如下:
深度(米) | 宇宙射线强度(单位:粒子/㎡·秒) |
---|---|
地表 | 10,000,000 |
500 | 1,000 |
2400 | <1 |
地质结构的双重优势
- 低放射性岩石层
实验室选址需避开含铀、钍等放射性元素的岩层。例如,四川锦屏山的大理岩层天然放射性极低,可为实验提供“纯净”环境。 - 机械稳定性
深层岩体受地表温度、震动影响小,保障精密设备长期稳定运行。
实验需求与工程条件
- 极低本底噪声
暗物质信号微弱(如WIMP粒子与原子核碰撞概率极低),需将环境干扰降至<0.001次/天·公斤。 - 工程可行性
依托锦屏山隧道现有设施(如交通、电力、通风系统),大幅降低建设成本,缩短工期。
全球深地实验室对比
实验室名称 | 国家 | 深度(米) | 主要研究方向 |
---|---|---|---|
中国锦屏实验室 | 中国 | 2400 | 暗物质、中微子 |
SNOLAB | 加拿大 | 2070 | 暗物质、核天体物理 |
格兰萨索实验室 | 意大利 | 1400 | 中微子、引力波 |
中国深地实验室的独特价值
通过自主技术突破(如高纯度锗探测器、液氩屏蔽层),中国团队在2400米深地环境中成功捕获疑似暗物质信号,推动全球粒子物理研究进程。