領跑國際/地深2400米 測出宇宙演化高精數據
【大公報訊】「穿過地下2400米深處的十幾公里的隧道，在運行着的儀器旁，伴隨着原子核信號放大後發出的微微閃光，可以去聆聽宇宙跳動的脈搏。」錦屏深地核天體物理實驗項目（簡稱JUNA）首席科學家柳衛平近日在發布JUNA首批4個研究成果時說。這些成果的測量靈敏度和統計精度均高於國際同類裝置水平，為理解宇宙元素起源和恆星演化提供了重要數據。而這些成果，都是在岩層覆蓋深度世界第一、能屏蔽宇宙射線噪聲的四川錦屏地下實驗室取得的。
綜合中國科學報、科技日報報道：「了解遙遠星球諸多奧秘的一個好辦法，是利用加速器創建一個『迷你宇宙』，研究複雜的天體現象。」柳衛平介紹道，科學家利用這一辦法，破解了很多有關星球和元素形成的謎團，但其中還有諸多未解之謎，比如在天體環境下從碳生成氧的反應速率。這個反應決定了宇宙中的碳氧含量比，對於恆星演化、元素合成甚至生命起源都非常重要，因此被譽為「聖杯反應」。
如同廣場萬人歡呼 傾聽兩人私語
「聖杯反應」速率之所以難以了解，原因在於，在天體環境下，兩個原子核碰撞的速度非常低，這就使得從一個元素轉化成另外一個元素的概率非常低。「如果我們用常規方法在地面探測這個概率，就好比在一個萬人歡呼的廣場聽兩個人的竊竊私語。這麼一個微小反應產生的信號會被大量宇宙射線的噪聲所淹沒。」柳衛平解釋。
十多年前，為建造雅礱江流域水電站，四川雅礱江邊的錦屏山2400米深處修建了一條隧道。物理學家發現，2400米的岩石隧道就像一個暗室，能牢牢地把宇宙射線的噪聲擋住，形成絕佳的深地實驗環境。於是，在國家的支持下，這裏建成了目前世界上最深的地下實驗室──錦屏地下實驗室。
自2015年JUNA獲得國家自然基金重大項目支持起，柳衛平帶領團隊攻關數年，研發出了世界流強最高的深地加速器，並於2020年12月26日成功在錦屏地下實驗室出束，建成世界上最強流深地加速器。「有了最強的加速器，相當於有了一道最亮的光線，足以看到微小的反應。」柳衛平說。
隨後，科學家在錦屏地下實驗室取得了4個核天體物理關鍵反應實驗成果，分別是：25Mg（p,γ）26Al反應取得國際最高精度數據；19F（p,αγ）16O反應拓展到國際最低能量；13C（α,n）16O反應首次完整覆蓋天體物理i─過程能區；12C（α,γ）16O反應測量實現國際最高靈敏度。這些成果，使中國具備了開展深地核天體物理反應直接測量的最「安靜」的環境、最強的亮度、最高的探測效率，向摘取「聖杯」跨出重要一步。
效果比意大利實驗室優勝百倍
「在深地實驗室開展稀有核反應事件的直接精確測量是國際公認的核天體物理前沿課題，目前國際競爭異常激烈。錦屏深地實驗室岩層對宇宙線的屏蔽效果比國際上的意大利地下核天體實驗室還要好大約100倍。」柳衛平說，團隊還將繼續探求元素合成的密碼，探尋重元素合成的路徑，破解宇宙重元素產生等一系列關鍵科學問題。
