专访高能物理学家张新民 谈海拔最高望远镜和最深地下实验室

一台世界上海拔最高的引力波探测望远镜，即将在2020年开始对原初引力波的追寻。全国政协委员、中国科学院高能物理所研究员张新民3月7日告诉澎湃新闻（www.thepaper.cn），由他主持建设的西藏阿里原初引力波项目进展顺利，一期观测仓主体已基本完工，望远镜主体也由高能所和合作方美国斯坦福大学初步设计完成。

“三年建成、五年出成果”是张新民给出的承诺，即在2021年到2022年左右，给出一个北天区宇宙微波背景辐射（CMB）极化最好的天图。原初引力波的线索，就藏在这张天图里。

“错过了引力波，我们不能再错过探测原初引力波的重要窗口。”张新民强调。

全国政协委员、中国科学院高能物理所研究员张新民

美国激光干涉引力波天文台（LIGO）在2016年2月11日宣布成功探测到由双黑洞并合产生的引力波，毫无悬念地捧走诺贝尔奖之后，宇宙暴胀时期诞生的原初引力波成为了下一个追逐的焦点。

如果说引力波的发现，完成了爱因斯坦广义相对论的最后一块拼图，那么原初引力波作为“宇宙的初啼”，则能帮我们检验各种宇宙起源和演化模型，如暴胀、反弹、循环等。

只是，无论在地面还是空间，中国的引力波探测项目均起步较晚：LIGO拥有40年的项目经验，欧洲的激光干涉引力波天文台Virgo也于去年开始与LIGO合作观测；欧美合作的空间引力波探测卫星LISA完成了原型机试飞；南极极点和智利阿塔卡玛沙漠建成的CMB观测站，已经积累多年的数据。

中国还有拔得头筹的时间吗？具有独特地理优势的世界屋脊开辟了一个窗口。

要知道，不同的引力波源产生的引力波频段不同，最佳探测手段也不同。LIGO和Virgo借助地面激光干涉，不太可能探测到原初引力波；空间激光干涉卫星虽有一定的可能性，但LISA的发射时间被推迟到了2035年左右；而最适合探测原初引力波的CMB观测站，目前全部集中在南半球。

海拔5250米的西藏阿里大气透射率高，水汽含量少，环境清洁，能够很好地避免信号干扰。与同在北半球的格陵兰岛比起来，阿里处于中纬度地区，可见天区要大一倍。

2017年诺奖得主、LIGO引力波探测功勋索恩（Kip Thorne）曾经预测，人类将在未来5至10年内探测到原初引力波。这意味着，如果这台北半球唯一、全球海拔最高的CMB观测望远镜如期建成，就能抓住历史时间窗。

从最高的望远镜到最深的实验室

5250米的海拔在建成后是寻找原初引力波的重大优势，但在工程建设过程中却提出了不少挑战。张新民也坦言，阿里项目的总体经费仍有缺口。

张新民由此在本次全国两会上建议加强引力波研究，确保阿里项目按期完成并早出成果。同时，他强调要加强国际合作，把阿里建设成为世界天文观测和高能物理实验的研究中心。这也是2017年诺奖得主雷纳·韦斯（Rainer Weiss）曾对阿里项目寄予的期望：“这会成为中国科学的典范，一个非常漂亮的典范。中国利用西藏这样一个独特的地理条件，建造一台国际共享的设备。全世界都应该知道中国在做这样的事。”

原初引力波探测望远镜选址在海拔5250米的西藏阿里

除了世界上最高的望远镜，张新民还关注另一个中国具有独特地理优势的科研基地：锦屏地下实验室。

这是世界上最深的地下实验室，由中国科学家2008年规划，2010年揭牌并投入使用。它利用了为水电站修建的锦屏山隧道，其垂直岩石覆盖达2400米。目前，来自上海交通大学和清华大学的两个团队，正在其中开展暗物质粒子实验。科学家们在远离地球噪音的地下，探测神秘的WIMPs（弱作用大质量粒子）。

张新民提到，“极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施”已通过发改委立项，列入国家 “十三五”重大科技基础设施。他希望国家尽可能加快审批流程，使建设工作能尽快开展。

有了一流基地，才有重大成果的机会

从海拔最高的望远镜到世界最深的地下实验室，张新民关注的这两个具有独特地理优势的基地，都聚焦国际竞争激烈的基础物理前沿领域。

与引力波一样，各国在暗物质领域正在开展“天上地下”的竞争。中国的“悟空”是目前世界上观测能段范围最宽、分辨能量最优的暗物质粒子探测卫星，在去年年底公布了国际上精度最高的电子宇宙射线探测结果。

地下实验室方面，欧洲的XENON实验和美国LUX实验起步较早，但上海交通大学教授季向东领导的PandaX在近年多次获得了高灵敏度的实验结果。

锦屏地下实验室 四川日报 图

原初引力波与暗物质都与宇宙的起源和演化息息相关。暗物质和暗能量构成了宇宙的95%，我们已知的可见宇宙物质则只有5%。面对这样宏大而根本性的问题，季向东曾向澎湃新闻记者感叹：“有些人可能会问探测到暗物质有什么用。我想说的是，这会是对人类宇宙观的一次彻底刷新。这种刷新，在人类历史上自哥白尼提出日心说算起，也没有过几次。”

张新民介绍道，在基础前沿科学领域，宇宙演化被“十三五”规划纲要列为重点突破之首。在过去十余年间，宇宙学研究取得了巨大的进展，步入了精确宇宙学时代。他认为，虽然最新报道称中国发表论文数超过了美国，但重大原创成果缺乏，“在国际上的影响力与我们这样一个大国应有的地位极其不相称。”在物理和天文领域，中国至今没有本土的科学家获得诺贝尔物理学奖。

建设一流基地，是对基础原创研究的持续性保障。“基础研究特别是观测和实验方面的研究，不同于应用研究，是对自然界基本规律的探索，可能会成功，也可能会失败。但是，只有有了一流的研究基地和设施，才有取得重大成果的机会。”张新民总结道。

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