建世界级装置 做宇宙内研究

“蜘蛛系统”海试

四川锦屏山地下2400米，PandaX-4T液氙探测器像一枚巨型银色胶囊，浸泡在900立方的高纯水屏蔽体中，静静捕捉宇宙暗物质的痕迹；海平面1300米之下，“海铃计划”投放一条“深海项链”——全球首创的“蜘蛛”柔性布放系统，把20颗玻璃眼球般的探测球舱精准置入深海；在青海冷湖4320米的赛什腾山上，正在建设的JUST光谱望远镜，准备绘制由中国主导的最清晰宇宙三维地图。

一群中国科学家已站到国际基础科学舞台的追光灯下，他们背后的共同坐标，是上海交通大学李政道研究所，他们探究“极端宇宙条件下物质的起源与演化”这一根本性科学问题，推进着人类认知边界的扩张。

最灵敏的深地探测

四川锦屏山的山体隔绝了绝大部分宇宙射线和环境辐射，在极致宁静里，潜藏着一位“隐形宇宙”的猎手——PandaX-4T液氙探测器。它犹如一个巨大的、高度灵敏的“摄像头”，试图捕捉到理论上遍布宇宙却从未被直接看见的暗物质粒子与普通物质发生碰撞时发出的微弱、几乎难以察觉的闪光。

李政道研究所特聘教授周宁作为PandaX液氙时间投影室探测器系统负责人，带领硬件团队研制PandaX-4T四吨级液氙探测器，见证这一科学大装置成为暗物质探究的超级利器：2021年利用PandaX-4T首批实验数据取得了大质量暗物质性质世界最强的限制，刷新了暗物质参数的边界，深入到暗物质理论预言的核心区域；2023年研究了暗物质可能具有的残余微弱电磁性质，显著推动了人类对暗物质究竟有多“暗”的定量理解。

更令人振奋的突破是在去年，周宁团队通过低阈值探测模式，首次观测到太阳中微子和原子核相干弹性散射的迹象，并验证了探测低能量中微子的新方式。该成果标志着中国主导的暗物质实验灵敏度达到了前所未有的高度，入选了美国物理学会2024年度十大亮点。周宁说，当PandaX做到500公斤探测体量时，欧美同行开始建设吨量级实验，后来PandaX建成四吨量级，成为国际上首个投入运行的新一代多吨级液氙实验，如今又启动了20吨量级的装置建设，“把液氙实验的灵敏度推进了两三个数量级，领衔推动着暗物质探究的前沿发展。”

最精密的深海仰望

今年8月，一只巨大“蜘蛛”潜入海底，在海平面下1300米，“吐出”长长“蛛丝”串起20枚晶莹的球舱，稳稳悬于深海。这是由上海交通大学自主研制的深海精密仪器柔性布放装置“蜘蛛系统”（SPIDER），它的成功海试意味着我国首个深海中微子望远镜——“海铃计划”坚实推进了一大步。

“海铃计划”由李政道研究所女科学家徐东莲发起并领衔。“蜘蛛系统”布放位置靠近赤道，填补了全球中微子探测网络的空白；其“混合型光电球舱”（hDOM）可实现更高的角度分辨率和全味中微子鉴别能力。它将“看清”宇宙多信使，助力破解宇宙线起源的谜团。

10多年前，徐东莲曾在南极“冰立方”中微子望远镜国际合作组工作，与全球青年科学家讨论如何推动中微子天文学往前走一大步，提高望远镜的分辨能力是大家的共识。徐东莲当时就萌生了在中国南海建设深海中微子望远镜的想法。2018年，她带着这一构想回国加入李政道研究所，在上海交大和研究所的支持下，获得了国家自然科学基金委、科技部和上海市科委等方面的强力支持。

近5年，“海铃计划”实现了多项技术突破。“蜘蛛系统”成功海试，解决了大规模探测器阵列在深海精准、可靠部署的世界性难题。

最聪明的头脑碰撞

在青海冷湖，一群科学家正为中国天文学安装一只前所未有的“光谱之眼”——逾百余人的攻坚团队，正在建设中国最高性能的通用型光谱望远镜JUST。这支融合天体物理、光学工程、精密机械的团队，正推动中国天文从“数据消费者”蜕变为“宇宙解读者”。团队目前已实现关键设备100%自主研制；实现2027年首光目标后，JUST将加速推进多目标光谱仪研制；到2032年前，预计将实现每年百万天体光谱的观测能力，开展星系团等特色巡天，绘制首幅中国主导的宇宙三维图谱。

面向最前沿的科学命题，李政道研究所汇聚了一批顶尖科学家，打造了一支以院士领衔、中外青年骨干为中坚的高水平研究团队，在基础研究领域取得了一系列突破性成果。2021年底中国科学院院士张杰担任李政道研究所所长以来，推动了三个大科学装置的建设，构建了国际学者占比高达40%的科研团队。他坚信，解决宇宙最根本的问题，需要全球最聪明的头脑在一起碰撞。

本报记者 易蓉