看漫画学姿势：地下最深的物理实验室都在哪里？
zzjeff @ 2016.06.03 , 02:02 下午[-]
雨没停过，天上仍不断撒下无数亚原子粒子。宇宙射线与大气外层碰撞留下的这些闪碎晶莹创造出了嘈杂的背景辐射，让科学家们看不清梦幻中的自然力和新粒子。还好，世界上最天然雨伞正被我们踩在脚下。
虽然难以建造，但地下实验室确实是观测罕见粒子相互作用最好的地点。头顶上厚重的岩石挡住了介子等顽皮的基本粒子。过去几十年里，许多世界上规模最大最复杂的探测实验都在这些地下实验室里开展，为我们贡献了意义重大的物理发现。
在世界各国地下实验室工作的科学家们，与地面上的同事一起，朝着同一个目标迈进：解答关于物质和能量的根本问题。Symmetry Magazine近日携手画师Corinne Mucha和Sandbox Studio向我们展示，到底是有哪些实验室在地下一千米之下，刻苦钻研着宇宙的秘密。
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日本神冈观察站(Kamioka Observatory)
地下1000米，1983年
位于岐阜县的这个科研机构坐落在一个矿山之中。许多地下实验室都像它一样借用矿山中挖出的坑以节省成本。最开始，该观察站的目标是进行研究质子自发衰变的“神冈实验” 。
但因为探测质子衰变的时候往往需要用到中微子，该观察站开始了对中微子的研究，“神冈实验”也升级为“超级神冈实验” 。2015年，科学家梶田隆章因在该实验中发现大气中微子的存在，证明中微子有质量而与加拿大科学家分享了诺贝尔奖。
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澳大利亚斯托尔地下物理实验室(SUPL)
地下1000米，建设中
SUPL藏身在维多利亚一个正在运营的金矿之中。它将与意大利的格兰萨索实验室共同工作，检测大质量弱相互作用粒子(WIMP)。他们还将共同分析地球位于太阳系不同位置时，所观测到的其它星系中暗物质数量是否会发生变化。
由于与意大利差不多是出于地球的两头，它们将对双方的数据结果进行比较分析。SUPL规划中的两项暗物质实验是简称SABRE的“碘化钠主动背景抑制”，以及简称DRIFT-CYGNUS的“核反冲宇宙论在轨定向反冲识别”实验。
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英国伯毕(Boulby)地下实验室
地下1100米，1998年
深入英格兰东北海岸一家正在运营的钾碱矿的矿洞里，你便能看到这家由英国科学和技术设施理事会创立的科研机构。这里的科学家们不仅研究物理，还研究地质、地球物理、环境气候以及极端生命，甚至有人在此制造探测地外生命所用的仪器设备。
目前那里的暗物质研究使用一种叫做DRIFT-II的定向探测器。他们之前使用过ZEPLIN-II和III型实验，但已被桑福德实验室改进过的LUX-ZEPLIN实验所取代。
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印度中微子观测站(INO)
地下1200米，拟建
INO是印度塔塔基础研究院与25所大学和研究机构共同合作的结果，将进行不涉及加速器的高能物理研究。他们将通过一个五万吨级的铁量热仪来分析大气μ中微子。
INO也将把研究范围拓宽至其它领域，进行包括地理、生物和水文在内的研究。该项目计划在泰米尔纳德邦兴建，目前正在等待政府审批。
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意大利格兰萨索(Gran Sasso)国家实验室
地下1400米，1987年
距离罗马120公里远的格兰萨索实验室是世界上最大的地下实验室。这个高能物理实验室已经进行了多年的对中微子、暗物质与核天体物理的研究。
该实验室最著名的要数OPERA实验组。OPERA曾于欧洲核子研究中心CERN合作，与2010年在μ中微子束中探测到了τ中微子。2012至2015年间，他们先后四次探测到τ中微子。τ中微子是自希格斯玻色子后，第二种被发现的标准模型所预测的粒子。
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芬兰皮海萨尔米地下物理中心(CUPP)
地下1440米，1998年
芬兰奥卢大学在欧洲最深的金属矿——皮海萨尔米矿(Pyhäsalmi Mine)中搭建了这个实验室。位于它隔壁的有工业实验室，几家餐馆和世界上最深的桑拿房。
目前主要实验EMMA在地下75米处的Lab 1进行。有的实验也在底下1430米处的Lab 2展开，包括测量μ子通量和液体闪烁体的放射性碳研究。
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美国桑福德(Sanford)地下研究所
地下1480米，2011年
桑福德实验室是美国最深的实验室，由南达科他州黑山里的一处废弃金矿改造而来。Raymond Davis曾在此进行实验，引出了“太阳中微子问题”——来自太阳的中微子的流量只有根据标准太阳模型计算出来的三分之一。发现中微子种类会转变后，他于2002年获得诺贝尔物理学奖。
现在该研究所进行着寻找暗物质的LUX实验，研究中微子性质的Majorana Demonstrator，以及DUNE实验——用装有7万吨液氩的探测器监测从1300千米外的费米实验室(Fermilab)发出的中微子束。
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法国摩丹(Modane)地下实验室
地下1700米，1982年
这实验室的法语叫做弗雷瑞斯地下实验室(L□□)，因为它和格兰萨索实验室类似，是在法国弗雷瑞斯隧道(Fréjus Road Tunnel)中间挖出的，距离弗雷瑞斯山顶有1700米。
由法国国家科研中心和格勒诺布尔大学带头的这家实验室分辨在SuperNEMO和EDELWEISS实验中对中微子和暗物质进行研究。
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俄罗斯巴克桑中微子观测站(BNO)
地下1750米，1973年
位于巴克桑河河畔的高加索山山底下藏着这座原苏联首家地下实验室。它不仅地理位置极深，还远离了另一个背景辐射来源——核电站。
BNO目前的项目包括“苏联-美国掺镓实验”(SAGE)，“巴克桑中微子望远镜”(BUST)和“巴克桑中微子惰性转换实验”(BEST)。他们还将寻找假想中构成暗物质的轴子。
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阿根廷黑水极深地下实验室(ANDES)
地下1750米，拟建
将阿根廷与智利隔开的“黑水”(Agua Negra)山脉底下将建起这个实验室，研究中微子和暗物质，以及板块构造、核天体物理、生物和环境有关的课题。 它将是一座国际实验室，欢迎各国科学家的合作与参与。
由于处于深山底下，并远离核能设施，ANDES有着理想的实验环境。它与SUPL一样坐落于南半球，能为北半球的科研人员们提供数据对比。
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加拿大萨德伯里中微子实验室(SNOLAB)
地下2070米，2009年
SNOLAB是北美最深的实验室，与一家镍矿共同运营。整个5000平米大的实验中心都按照极高洁净度的要求管理——每立方米空气中悬浮粒子最大允许数为2000。目前在此进行的实验有DEAP-3600、PICO、HALO、MiniCLEAN和SNO+。
SNOLAB的前身为SNO。去年与梶田隆章分享诺贝尔奖的Arthur McDonald便是于1998年在此发现了中微子振荡现象。
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中国锦屏地下实验室(CJPL)
地下2400米，2010年
位于四川省锦屏山的CJPL是世界上最深的物理实验室，其抵抗背景辐射的优势也不言而喻。而且因为该实验室建在山中，研究人员可以水平步入实验室，不需要搭乘矿梯降入地底。
目前在此处进行实验的有“中国暗物质实验组”(CDEX)和“熊猫计划”(PandaX)。再过几个月，新的核天体物理实验组以及一台1吨重的中微子探测仪原型机将隆重进驻CJPL二期。
本文译自 Symmetry Magazine，由 zzjeff 编辑发布。
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