在四川錦屏山地下2400米深處,一座形似銀色膠囊的PandaX-4T液氙探測器正靜臥于900立方米高純水屏蔽體中。這座由上海交通大學(xué)李政道研究所主導(dǎo)建設(shè)的科學(xué)裝置,如同宇宙暗物質(zhì)的"捕手",試圖捕捉理論中彌漫全宇宙卻從未被直接觀測到的暗物質(zhì)粒子與普通物質(zhì)碰撞時(shí)產(chǎn)生的微弱信號。其所在的錦屏實(shí)驗(yàn)室憑借山體天然屏障,將宇宙射線和環(huán)境輻射隔絕至極致,為探測器創(chuàng)造了近乎完美的觀測環(huán)境。
李政道研究所特聘教授周寧帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制的四噸級液氙探測器,已成為國際暗物質(zhì)研究領(lǐng)域的標(biāo)桿。2021年,該裝置利用首批實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)刷新了大質(zhì)量暗物質(zhì)性質(zhì)的世界紀(jì)錄,將探測邊界推進(jìn)至理論預(yù)言的核心區(qū)域。兩年后,團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)研究暗物質(zhì)可能存在的殘余電磁性質(zhì),首次實(shí)現(xiàn)了對暗物質(zhì)"暗度"的定量測量。更突破性的進(jìn)展發(fā)生在去年——周寧團(tuán)隊(duì)通過低閾值探測模式,首次捕捉到太陽中微子與原子核相干彈性散射的跡象,相關(guān)成果入選美國物理學(xué)會年度十大亮點(diǎn),標(biāo)志著中國主導(dǎo)的暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)靈敏度達(dá)到全新高度。
當(dāng)深地探測不斷突破極限時(shí),另一支團(tuán)隊(duì)正在南海深處書寫新的科學(xué)篇章。由女科學(xué)家徐東蓮發(fā)起的"海鈴計(jì)劃",通過自主研發(fā)的"蜘蛛"柔性布放系統(tǒng),成功將20個(gè)光電探測球艙精準(zhǔn)部署于海平面下1300米處。這套全球首創(chuàng)的深海裝備攻克了大規(guī)模探測器陣列在深海精準(zhǔn)部署的世界性難題,為構(gòu)建首個(gè)近赤道深海中微子望遠(yuǎn)鏡奠定基礎(chǔ)。該裝置采用的混合型光電球艙設(shè)計(jì),將實(shí)現(xiàn)更高的角度分辨率和全味中微子鑒別能力,有望破解宇宙線起源這一百年謎題。
徐東蓮的科研構(gòu)想源于十年前在南極"冰立方"中微子望遠(yuǎn)鏡的合作經(jīng)歷。當(dāng)時(shí)她就意識到,提升望遠(yuǎn)鏡分辨能力是推動學(xué)科發(fā)展的關(guān)鍵。2018年歸國加入李政道研究所后,她迅速組建跨學(xué)科團(tuán)隊(duì),在工程、海洋、物理、天文等領(lǐng)域?qū)<业膮f(xié)同攻關(guān)下,僅用五年時(shí)間就完成從選址到技術(shù)突破的全鏈條創(chuàng)新。近期在國際會議上,徐東蓮作為中國唯一受邀科學(xué)家分享建設(shè)進(jìn)展時(shí),感受到國際同行對這項(xiàng)"中國方案"的密切關(guān)注。
在海拔4320米的青海冷湖賽什騰山,另一場科學(xué)攻堅(jiān)正在展開。由百余人組成的科研團(tuán)隊(duì)正在建設(shè)中國首臺通用型光譜望遠(yuǎn)鏡JUST,這臺融合天體物理、光學(xué)工程、精密機(jī)械的"光譜之眼",已實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備100%自主研制。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人透露,2027年實(shí)現(xiàn)首光后,望遠(yuǎn)鏡將加速推進(jìn)多目標(biāo)光譜儀研發(fā),預(yù)計(jì)到2032年具備每年觀測百萬天體光譜的能力,屆時(shí)將繪制出首幅由中國主導(dǎo)的宇宙三維地圖,推動中國天文研究從數(shù)據(jù)接收向自主解讀轉(zhuǎn)型。
這些突破性進(jìn)展的背后,是李政道研究所構(gòu)建的國際化科研生態(tài)。自2021年張杰院士擔(dān)任所長以來,研究所持續(xù)推進(jìn)三個(gè)大科學(xué)裝置建設(shè),組建起國際學(xué)者占比達(dá)40%的科研梯隊(duì)。馬來西亞籍學(xué)者許金祥正是被這種開放氛圍吸引而來,他建立的繆子科技實(shí)驗(yàn)室不僅參與國際前沿測量項(xiàng)目,還將繆子成像技術(shù)應(yīng)用于上海地下空間安全監(jiān)測,讓基礎(chǔ)研究在城市建設(shè)中找到實(shí)踐場景。這種跨學(xué)科、跨國界的協(xié)作模式,正在重塑國際基礎(chǔ)科學(xué)研究的競爭格局。
從地下2400米到深海1300米,再到海拔4320米的高原,以上海為樞紐的科研網(wǎng)絡(luò)正延伸至地球最極端的觀測環(huán)境。通過暗物質(zhì)探測、中微子天文、光譜觀測三大方向的協(xié)同推進(jìn),中國科學(xué)家正在構(gòu)建覆蓋"天地海"的立體化探測體系,為解答宇宙最根本問題提供中國方案。這種扎根基礎(chǔ)、面向未來的科研布局,既體現(xiàn)著對科學(xué)本質(zhì)的執(zhí)著追求,也彰顯著新時(shí)代中國科技工作者的戰(zhàn)略眼光。











