Die wichtigste Anlage des Landes wird 2.400 Meter unter der Erde in Betrieb genommen! Warum befindet sich das tiefste und größte unterirdische Labor der Welt in Jinping?

Am 7. Dezember wurden die Tiefbau- und Tiefbauarbeiten der zweiten Phase der extrem tief im Untergrund liegenden und extrem strahlungsarmen Grenzphysik-Experimentieranlage des chinesischen Jinping Underground Laboratory (genannt „Jinping Large Facility“) abgeschlossen und die Versuchsbedingungen sind nun gegeben. Dies markiert den offiziellen Beginn des wissenschaftlichen Betriebs des tiefsten und größten Ultratiefen-Untergrundlabors der Welt.

Die erste Gruppe von zehn experimentellen Projektteams von Universitäten und Forschungsinstituten wie der Tsinghua-Universität, der Shanghai Jiaotong-Universität, der Beijing Normal University, dem China Institute of Atomic Energy und dem Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ist eingetroffen, um wissenschaftliche Experimente durchzuführen.

Screenshot des Videos der Nachrichtenagentur Xinhua

Warum versuchen Wissenschaftler mit allen möglichen Mitteln, dunkle Materie zu „fangen“?

Dunkle Materie – obwohl sie noch nie „gesehen“ wurde, deuten verschiedene astronomische Beobachtungsdaten auf ihre Existenz hin. Seit den 1930er Jahren haben Wissenschaftler durch Vermutungen und kontinuierliche Beobachtungen herausgefunden, dass dunkle Materie in allen Winkeln des Universums weit verbreitet ist, etwa 85 % der Masse des gesamten Universums ausmacht und eine sehr wichtige Rolle bei der Entstehung der Materie und der Entwicklung des Universums spielt.

Astrophysikalische Forschungen haben ergeben, dass die Masse der leuchtenden Sterne, die wir im riesigen Universum beobachten können (einschließlich derjenigen, die Röntgen- und Gammastrahlen aussenden), nur einen kleinen Teil der gesamten Materiemasse des Universums ausmacht. Untersuchungen zum Expansionsverhalten des Universums haben gezeigt, dass sich die Dichte des Universums aus etwa 4,9 % gewöhnlicher Materie, 26,8 % dunkler Materie und 68,3 % dunkler Energie zusammensetzt . Was genau ist dieses Ding, das unsichtbar ist und doch tatsächlich existiert? Wissenschaftler nennen sie dunkle Materie und dunkle Energie.

Genauer gesagt handelt es sich um unsichtbare Materie, die nicht an elektromagnetischen Wechselwirkungen und starken Wechselwirkungen teilnimmt, jedoch an Gravitationswechselwirkungen.

Obwohl schon lange über die Existenz dunkler Materie spekuliert wird, konnten bisher keine Teilchen dieser Art eindeutig nachgewiesen werden. Die Probleme, die die dunkle Materie mit sich bringt, gelten daher als „eine dunkle Wolke, die über dem Himmel der gegenwärtigen Physik hängt“.

Da dunkle Materie weder Licht aussendet noch an elektromagnetischen Wechselwirkungen teilnimmt, können Menschen die Existenz dunkler Materie derzeit nur durch die Wirkung der Schwerkraft spüren. Aus diesem Grund hat China das erste extrem tiefe Untergrundlabor eingerichtet – das „China Jinping Underground Laboratory“.

Laut Yue Qian, Professor am Institut für Technische Physik der Tsinghua-Universität und Leiter der Abteilung für Physikalische Wissenschaften des China Jinping Underground Laboratory, ist die Erforschung der Dunklen Materie ein wichtiges grundlegendes Grenzthema. Zu den wichtigsten experimentellen Forschungsmethoden gehören der indirekte Nachweis von Vernichtungsprodukten dunkler Materie (am Himmel), der direkte Nachweis der direkten Streuung dunkler Materie und Materie (unterirdisch) sowie Kollider, die dunkle Materie erzeugen (künstlich). Das Jinping Underground Laboratory ist ein Beispiel für eine „unterirdische“ Forschungsmethode.

Dies ist ein am 4. Juli aufgenommenes Foto der wasserdichten Radon-unterdrückenden Schicht an der Wand von Halle C des Jinping Underground Laboratory Phase II in China. Die wasserdichte Radon-Hemmschicht ist 10 Zentimeter dick und kann das Eindringen von Grundwasser in die Höhle wirksam verhindern und die Diffusion des schädlichen Gases Radon in der Gesteinsformation hemmen. Foto von Jin Liwang, Reporter der Nachrichtenagentur Xinhua

2.400 Meter unter der Erde, auf der Jagd nach dem "Phantom" des Universums

Der Jinping-Berg ist ein Berg im Becken des Yalong-Flusses, dem größten Nebenfluss des Jinsha-Flusses. Sein Gipfel liegt 4.410 Meter über dem Meeresspiegel. Das chinesische unterirdische Labor Jinping befindet sich in der Mitte des etwa 17,5 Kilometer langen Jinping-Bergtunnels mit einer vertikalen Felstiefe von 2.400 Metern .

Am 12. Dezember 2010 wurde das „China Jinping Underground Laboratory“ offiziell eröffnet. Als erstes Dunkle-Materie-Labor meines Landes ist es zugleich das tiefste, größte und am besten ausgestattete Untergrundlabor der Welt. Sein Raumangebot entspricht der Verdrängung von acht mittelgroßen Flugzeugträgern und seine Vergrabungstiefe entspricht fast der fünffachen Höhe des Shanghai World Trade Centers. Der kosmische Strahlungsfluss im Labor beträgt etwa ein Milliardstel des Flusses auf der Erde. In einer solch extrem speziellen Umgebung nutzt das Jinping Underground Laboratory die dicken Gesteinsschichten des Berges, um die Interferenzen der kosmischen Strahlung zu blockieren und so eine sehr „saubere“ Testumgebung für Experimente zur Dunklen Materie bereitzustellen.

Dies ist ein am 4. Juli aufgenommenes Foto vom Eingang zum Jinping Mountain Traffic Tunnel, in dem sich Chinas Jinping Underground Laboratory befindet, und dem Yalong-Fluss daneben (Drohnenfoto).

Im Jahr 2012 erhielt das von der Tsinghua-Universität geleitete CDEX-Experimentierteam die ersten wertvollen Daten im Jinping Underground Laboratory und begann mit der Datenanalyse. Im Jahr 2013 wurde das erste Forschungsergebnis der Experimentalgruppe im international renommierten Physikjournal Physical Review D veröffentlicht . Dies war das erste physikalische Ergebnis der unabhängigen experimentellen Forschung Chinas zur dunklen Materie . Noch erfreulicher ist, dass das experimentelle Ergebnis hinsichtlich der Nachweisempfindlichkeit für Dunkle-Materie-Partikel im Bereich geringer Masse das weltweit höchste Niveau erreicht hat und damit die Position der CDEX-Experimentiergruppe an der Spitze des internationalen Feldes der Dunkle-Materie-Erkennung festigt . Dies hat das Forschungsniveau und den internationalen Einfluss Chinas in diesem wichtigen grundlegenden Forschungsfeld der Dunklen Materie erheblich gesteigert.

Derzeit bieten unterirdische Labore Vorteile hinsichtlich „extrem geringer Umweltstrahlung“, „ultraniedrigem kosmischen Strahlungsfluss“ und „ultrareiner Raumfahrt“. Neben der experimentellen Forschung zur Entdeckung dunkler Materie wird die Großanlage Jinping auch Forschungen in Bereichen wie Neutrinophysik, nukleare Astrophysik und Felsmechanik durchführen. In Zukunft soll es sich zu einem erstklassigen Forschungszentrum für die Tiefenerdforschung entwickeln, das mehrere Disziplinen wie Kosmologie, Biowissenschaften und Gesteinsmechanik abdeckt und dazu beiträgt, einen „sprunghaften Fortschritt“ auf der nationalen Innovationsplattform für Wissenschaft und Technologie zu erzielen .

Entdeckung dunkler Materie, nukleare Astrophysik, Neutrinoexperimente ... Diese bahnbrechenden wissenschaftlichen Grundlagenforschungen werden zu revolutionären Durchbrüchen im Verständnis des Universums und der Weiterentwicklung der Zivilisation führen. Wir freuen uns darauf, dass die Höhle in diesem Berg in Zukunft weitere Möglichkeiten eröffnet.

Umfassende Quellen: Nachrichtenagentur Xinhua, People's Daily, offizielle Website des China Jinping Underground Laboratory, Guotou Online usw.