“十五五”规划纲要提出,“围绕极宏观、极微观、极端条件、极综合交叉的科学前沿,加强新兴领域、交叉融合和跨学科基础研究。”早在2020年12月,四川锦屏山下2400米深处,锦屏深地核天体物理加速器便已成功出束,点亮了耀眼的“白色光斑”。这是一道可能揭示生命起源的“宇宙之光”,是深地领域的重大成果。
立足“侦探破案”,解释“极大宇宙”。核天体物理,是一门用原子核物理解释星体能量产生与元素演化的学科。通俗而言,就是用极小的原子核,去解释极大的宇宙演化规律。推动宇宙演化的巨大能量,也正源自微观世界中的核反应。核反应与燃烧煤炭的化学反应看似相近,实则不同:化学反应中,分子结构改变;核反应中,则是原子核的转变。这一微小差异,却带来百万倍的能量放大——足以驱动星体的演化。对于科学家而言,拼凑出恒星演化的完整图景、还原恒星内部的原子核反应和衰变过程是终极目标。然而,精确观测其内部核反应困难重重,测量它的核反应规律更是一大挑战。
回答“从何而来”,制造“迷你宇宙”。经过近一个世纪的探索,科学家们终于勾勒出宇宙诞生的大概轮廓:约138亿年前,一个奇点的大爆炸开启万物的演化之旅。然而,宇宙的演进仍有无数未解之谜,科学家经过长期探索,终于找到工具——加速器。加速器利用静电将带电粒子加速至接近光速,模拟恒星内部的核反应条件。凭借这一工具,科学家已取得诸多重要成果。宇宙大爆炸后约30分钟内,氢、氦、锂三种元素率先诞生;经过约4亿年漫长、平稳的核燃烧,碳、氮、氧一直到铁等元素相继生成,最终构成地球、太阳乃至整个宇宙的物质基础。
破解“演化之谜”,寻找“生命密码”。恒星,好比产生化学元素的“炼丹炉”。演化过程中,诞生了位于元素周期表中铁之前的元素,其中就包括构成生命的最基本的元素——碳和氧。科学家尚未精确测定从碳到氧的核反应速率,这一反应过程被称为核天体物理的“圣杯”反应。建成锦屏深地实验室,既为暗物质探测提供环境,也为测量极低概率的“圣杯”反应创造理想条件。科研人员不仅研制出世界流强最高的深地核天体物理加速器,还研制出深地最精密、效率最高的探测器。至此,极亮加速器、极净环境、极高效探测三块拼图齐备,探索“圣杯”反应的时机终于成熟。
点亮“深地之光”,破解“终极奥秘”。2025年,团队启动第二批核天体物理实验,这些实验将为解决太阳的金属性疑难和锂丰度缺失问题,提供关键线索……未来,还有无尽奥秘等待揭示。依托锦屏深地核天体物理实验平台,科研人员将继续测量更多核反应速率,研制更大加速器,探索铁之后重元素的合成路径。同时,这些数据也将应用于中国核动力装置研发,助力科学家“走”到太阳系边界,探索更深远的宇宙奥秘。仰望星空,永葆好奇之心,探寻未知之谜。脚踏实地,用决心、勇气和毅力,用先进的科学仪器,去找到打开科学奥秘的钥匙,为人类的知识宝库贡献力量。(秦平)
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