什么是暗物质？科学家们为何选择在深地仰望星空？

12月7日，清华大学、上海交通大学等10个实验项目组正式入驻中国锦屏地下实验室锦屏大设施，开展暗物质探测等一系列科学实验。什么是暗物质？科学家们为什么选择在深地开展研究？

“仰观宇宙之大，俯察品类之盛”，在浩瀚宇宙中，小到一粒尘埃，大到山川湖海、日月星辰，都是可见物质。但世界真的只是由看得见观测到的物质构成的吗？

２０世纪３０年代，瑞士天文学家弗里茨·兹威基通过大量天文学观测和推导，根据一些星系运动的异常，首次提出暗物质的猜想。“所谓暗物质，是指人类肉眼看不到、摸不着，且使用天文望远镜和电磁学手段观测都无法捕捉到的物质。暗物质既有‘穿墙术’，又有‘隐身术’。”上海交通大学教授、PandaX实验发言人刘江来说。暗物质，多数人可能听起来比较陌生，但科学家推测，可见物质仅占整体宇宙质量的5%左右，剩下的约95%都是暗物质和暗能量。

中国锦屏地下实验室内展示的科普资料。新华社记者 胥冰洁 摄

暗物质和暗能量被科学家们比作“笼罩在21世纪物理学天空中的两朵乌云”，两者难以用现有理论解释。“我们对于宇宙中95%的东西还摸不着头脑，这种好奇心驱使我们去了解未知领域，认识世界。”清华大学工程物理系教授、CDEX暗物质实验负责人岳骞说，暗物质研究是突破当前认知边界、打开人类视野的新的研究，属于开拓性的前沿研究，也是当前粒子物理学、宇宙学、天文物理学等学科前沿的研究课题。

然而，要想直接探测到暗物质，十分困难。暗物质与普通物质发生作用的几率极其低，一个形象的例子可以说明：通过实际计算，每秒钟大概有10亿个暗物质粒子撞击着我们的身体，但大多都“穿身而过”，暗物质粒子和我们身体中的原子发生碰撞的次数却十分稀少，大约一年一次。此外，无处不在的宇宙射线会极大干扰探测工作，让本就困难的探测工作难上加难。

一座能阻挡宇宙射线、实验环境和器材辐射本底低的“纯净”实验室成为探测暗物质的必要条件。

锦屏地下实验室锦屏大设施位于四川省凉山彝族自治州锦屏山地下2400米处，总容积33万立方米，实验室宇宙线通量仅为地表的一亿分之一，具备“极低环境氡析出”“极低环境辐射”“超低宇宙线通量”“超洁净空间”等多种优势，为开展暗物质探测提供了绝佳的实验环境。

2010年，锦屏地下实验室一期建成投运，清华大学CDEX实验组和上海交通大学PandaX实验组首批入驻，开展暗物质直接探测实验。自一期投运以来，锦屏地下实验室在暗物质探测、核天体物理等领域取得多项国际领先的科研成果。

清华大学CDEX实验组研究人员在中国锦屏地下实验室开展相关实验。新华社发

“经过十多年的努力，中国暗物质研究从无到有，从‘跟跑’到‘并跑’再到逐步‘领跑’，已经走到了国际前沿。接下来，我们将和外国科学家们一起向人类面临的同一科学问题发起挑战——在寻找暗物质的道路上，看看谁能最先找到暗物质。”岳骞说。

暗物质研究对人类社会有何意义？我们的生活会因此发生变化吗？“100多年前我们已经探测到了电磁波，但当时从没想过它会跟我们的生活息息相关，现在我们人手一部手机，已经完全离不开无线电的具体应用了。”岳骞认为，暗物质也是一样，首先得找到暗物质，然后对它进行深入研究，最后会自然而然想到怎么用它去造福社会。（邢拓、薛晨）