在中國西南部的錦屏山下約2400公尺處，世界上最深最大的地下實驗室正式啟用。這片巨大的空間屬於追索暗物質的科學家──暗物質是一種理論上的物質，被認為組成了宇宙質量的80%以上。

中國錦屏地下實驗室（CJPL）自2010年投運，經過三年修建，中國錦屏地下實驗室第二期（CJPL-II）於2023年12月投入科學運作。其33萬立方公尺的超大空間超過了先前深度和體積的紀錄保持者——義大利的格蘭薩索國家實驗室（LNGS）。

更大的空間讓粒子和天文物理氙探測實驗（PandaX）和中國暗物質實驗（CDEX）這類專案可以再次升級。芝加哥大學的物理學家Juan Collar說：“他們在十年內完成的工作令人讚嘆。”

暗物質一直是科學界的一個謎。物理學家經過計算發現，可見物質產生的引力太弱，無法阻止快速移動的星系飛散。因此，他們提出理論，認為暗物質就像不可見的膠水，把整個宇宙黏在一起。雖然暗物質理應無所不在，但事實證明直接觀測到暗物質很難，因為理論上暗物質與普通物質不會相互作用，也不會釋放、反射或吸收光。之前有人提出探測到了暗物質，但反駁觀點認為，這些實驗可能受到了其他訊號的混淆。

科學榮譽等待著第一個偵測到暗物質的人，也是粒子物理學的最大任務之一，在CDEX合作組工作的台灣中央研究院的物理學家Henry Tsz-King Wong說道。

山下之光

尋找暗物質的最佳場所是地下，因為岩體能替探測器擋掉背景“噪音”，例如從太空向地球灑落的高能粒子宇宙射線就會淹沒潛在的暗物質信號，意大利國家核物理研究院的物理學家Marco Selvi說，想從地球表面探測暗物質就像在一個人聲鼎沸的體育場裡辨認一個小孩發出的微弱聲音。

在深地環境下，CJPL-II 的宇宙線通量僅為地表的0.000001%，使其成為世界上屏蔽效果最好的地下實驗室之一。實驗室的牆體也包裹了由橡膠、混凝土等材料混合而成的10公分厚的保護結構，能防止周圍岩體釋放的水和放射性氡氣，以免暗物質偵測實驗受到干擾。

實驗室的研究團隊已經在利用新增的空間了。在CJPL-II施工期間，PandaX團隊將其偵測器從120公斤液氙升級到4噸。當潛在的暗物質顆粒與氙原子發生碰撞，其能量就會轉變成能被光電感測器偵測到的閃光。

該探測器很快就會趕上LNGS的XENONnT實驗（8.6噸）以及美國桑福德地下研究所的LUX-ZEPLIN實驗（7噸）。

PandaX-4T探測器位於一個900立方公尺的水池中，這是為了能進一步屏蔽雜散粒子的干擾，團隊成員、上海交通大學物理學家週寧表示，「靈敏度提升後，我們就能用探測器測試不同類型的相互作用。」團隊最終想要打造一個40-50噸的氙探測器，預計將與以40噸為目標的達爾文實驗（DARWIN Experiment）相抗衡。

同時，CDEX團隊也正在部署鍺探測器，鍺探測器能尋找比氙實驗尋找的品質更小的潛在暗物質粒子，CDEX團隊成員、北京清華大學物理學家岳騁說。CDEX偵測器已經從1公斤鍺升級到10公斤鍺，並計畫打造一個1噸量級的偵測器陣列。如果一個暗物質粒子撞到了這個探測器，其相互作用就應該產生電荷，這個電荷會轉換為電訊號。岳騁希望CDEX能吸引更多國際合作，目前已經有印度和土耳其的研究人員加入。

Selvi說，雖然各國對暗物質的搜尋非常激烈，但世界上多個地下實驗室共同進行相似實驗能讓研究人員比對結果。2022年，PandaX團隊便使用一種類似手段確認了LNGS的XENON 實驗的結果——該實驗發現2020年XENON探測到的一個意外訊號來自背景噪音而不是暗物質。

Collar認為，新的方法和理論也將推動暗物質的研究，而不是用更大更靈敏的探測器來打敗對手。他說，“已經有很多重複的版本了。”

週寧說，在下一個十年裡，CJPL-II團隊將繼續提升探測器的靈敏度。他也希望全球暗物質研究社群能分享數據並將CJPL-II的數據與自己的數據結合。他說：“我們還有很多工作要做。”