学者名片

李元景：清华大学工程物理系教授，博士生导师，辐射物理及探测研究室主任。长期从事核探测器及核技术应用方面的研究工作，研究成果曾多次获得国家科技奖励，包括国家技术发明一等奖、国家科技进步一等奖、国家专利金奖等。从2000年起开始从事暗物质的研究工作，曾主持自然基金委重大国际合作项目——中韩暗物质研究项目。

前不久，我国首个极深地下实验室“中国锦屏地下实验室”在四川正式投入使用。这个实验室由清华大学和国投二滩公司共建，它的建成标志着中国已经拥有了世界最深的地下实验室，能够自主开展像暗物质探测这样的国际最前沿的基础研究课题。日前，本报记者就这个实验室的建造背景和科研前景等问题，采访了清华大学工程物理系教授、暗物质项目组探测器系统负责人李元景。

认识暗物质

记者：什么是暗物质？为什么探测暗物质需要用到极深地下实验室？

李元景：通俗地讲，暗物质是指不发任何光的物质。这些光不仅仅是指可见光，还包括从很短波长的伽马射线到很长波长的光在内的很宽光谱范围的光。暗物质的存在是通过观测天体物理方面的引力相互作用间接证明的。但是暗物质与普通物质的作用非常弱，既不发光也不吸收光，不产生电磁辐射，人类的感官和现有的技术手段几乎无法感知，它们虽然存在于我们的周围，却从来没有被探测到过。

目前我们采用排除法来寻找暗物质——用极其灵敏的探测器来探测一个空间中的所有信号，分析它们的特性，排除掉所有探测器中的背景信号后，如果还能剩下特殊的信号，就可能是暗物质信号。可想而知，这种找法非常困难，需要非常“干净”的实验环境——极低射线本底的实验室。地面上充满了各种各样的射线，在这些大量的背景射线中，宇宙射线是最主要的背景信号来源之一。宇宙射线是能量很高的带电粒子，不仅存在于地表，而且能够穿透地面，到达地下。对于这种射线，岩石是其天然的阻隔物，随着岩层的增厚，宇宙射线衰减得很快。所以只有在极深的地下我们才能找到“干净”的实验室，这是大家都在极深的地下建实验室来寻找暗物质的原因，理论上讲实验室越深，对于暗物质实验越理想。

记者：在极深的地下，宇宙射线会衰减以减少干扰，暗物质就不会衰减至无法捕捉吗？

李元景：暗物质不易衰减。因为衰减是与周围物质的相互作用产生的，如果暗物质容易衰减，我们就容易探测了，就像探测那些宇宙射线一样。暗物质之所以难于探测，就在于它与周围物质相互作用很小，小到很难察觉，所以它就有不易衰减的特性。

记者：目前世界上有多少暗物质实验室？

李元景：目前国际上正在运行的地下实验室有数十个，容积从几百立方米到十几万立方米，垂直岩石覆盖厚度从几百米到两千多米，各不相同。美国、英国、法国、意大利、西班牙、加拿大、俄罗斯、日本、韩国等许多国家都已经建立起地下实验室。最著名的是意大利的格兰萨索（Gran Sasso）地下实验室，它是正在运行的地下实验空间最大的地下实验室，其容积约18万立方米，垂直岩石覆盖达1400米。

记者：暗物质的研究现状如何？意义何在？

李元景：“寻找暗物质”曾被时代周刊（TIMES）列为21世纪十大难题之首，对暗物质的探测有可能为“宇宙是什么”的终极问题提供答案。探测暗物质的意义有两个，一是认知自然中未知物质，就像伦琴1895年发现X光之前人们无法预知未来X光的用途一样，我们现在还无法预知暗物质的具体用途，但是可以肯定地讲，暗物质的发现必将提升我们对自然的认识和改变我们的生活；二是对暗物质的探测会带来探测器技术、电子技术、屏蔽技术和测量技术的进步，我们认为目前没有找到暗物质不是因为没有这种物质，而是现有的技术手段不足以找到它，所以需要不断提高相关探测技术，这些技术当然还能用到其他很多地方。

目前世界各国都在寻找暗物质，但是还没有找到。有的科学家宣称找到暗物质，但还未经过其他实验的印证，因此未获公认。随着这几年探测器、电子学相关技术的快速发展，大家都觉得很可能快要找到暗物质了，所以各国都在加大寻找力度。美国、日本、英国这两年都建了新的地下实验室，希望成为最早发现暗物质的国家。

播下希望的种子

记者：选择在锦屏建设极深地下实验室的理由是什么？

李元景：过去我们没有极深地下实验室，中国的科学家要做相关实验，需要到别国实验室去做。建设自己的极深地下实验室是中国科学家长久以来的梦想，但一直都没有找到合适的地方。2008年8月，我们看到二滩公司发布的一条消息，提到为建设锦屏水电站打通了一条隧道，马上预感到建设地下实验室的良机来了。这条隧道在岩层下面，埋深有2000多米，这是建地下实验室的一个理想深度，同时，由于它是建在山肚子里的隧道，与建在地下矿井的实验室比，更多了通风和交通的方便。当时唯一不能确定的是周围岩石的反射性如何？如果放射性高，就不能建实验室。很快我们从锦屏隧道取到第一块地下实验室可能建设地点的岩石样品，开展岩石放射性含量测量，测量结果表明该处放射本底很低，很干净。

埋深大，通风好，交通方便，岩层干净，又有改建实验室可能的在建隧道，这真是可遇不可求的理想地点。所以我们迅速确定要在锦屏建设地下实验室。

记者：实验室建设过程中遇到哪些困难，是如何克服的？

李元景：锦屏实验室的建成创造了速度上的奇迹，从起意到完成，只花了两年不到的时间。这得益于我们研究团队的努力、学校的重视和各方面尤其是二滩公司的大力支持。

学校的重视体现在多个层面，我校副校长康克军担任暗物质项目负责人，副校长程建平担任地下实验室主任，他们全面参与了项目组织、方案论证和工程建设工作。我校科研院领导多次与二滩公司沟通，签署了战略合作协议，为共建地下实验室打下了基础。另外项目承担单位——工程物理系不但组织了强大的项目团队，还提供了初期启动资金，这大大节省了项目执行时间。自然基金委和教育部也为这个实验室提供了大力支持。

二滩公司是我们最感谢的合作者。这个项目对他们来说，产生不了经济效益，他们完全是为科学研究做贡献才揽了这个活。本来他们只需打通一个为建锦屏大坝水电站服务的隧道，施工方案已经确定并包给施工方。由于我们的加入，他们需要重新制订施工方案，重新论证，在打隧道的同时建实验室，不得不加班加点全年无休才能保证工期。由于我们的实验室需要，还要到最深的地方打洞，这又给他们增加了施工难度和施工风险。

二滩公司帮我们建好了实验室的“毛坯房”，装修和设备安装靠的是清华大学的子弟兵——同方威视公司。这个实验室的装修和设备安装要求很高，每一件装修用材都需测量，挑出放射性本底低的材料，同时经费又少，给不了多少装修费。同方威视不计工本给我们做了这个不赚钱的工程。

记者：为什么能得到这么多帮助？

李元景：因为我们都有梦想。在锦屏建这个实验室，当我们把实验装置放到2400米深的岩下时，感觉就像埋下了一颗希望的种子，这颗种子未来必能长成参天大树。

中国现在是经济大国，将来也应该成为科学大国。这需要鼓励我国科研工作者追寻梦想的精神，也需要激发我国企业家为人类作贡献的社会责任感和科学激情。