原标题：骄傲！五年青春蹲守山底洞，这群年轻科学家的成就震惊世界！ 

    导读：在短暂的一生中，一个人，能有多少个全神贯注的五年，去做好一件事？这是一位年轻实验物理学家的自述，他们用五年的青春，取得了世界领先的成就……

    作者 谈安迪

    2012年8月16日，与运送“熊猫”的卡车一起，经过两千五百公里的奔波，三天三夜几乎没睡，那是我第一次抵达四川。

    距离今天，整整五年。

    请让我先啰嗦几段话，简单介绍一下故事背景。

    我叫谈安迪，是一位实验物理学家。目前就读于美国马里兰大学的物理系研究生，很快将是我师从季向东教授攻读博士学位的第六年。我从事的是暗物质直接探测实验，我们的项目叫做PandaX，中文名为“熊猫计划”。实验场地在：地球-中国-四川省-凉山彝族自治州的一条隧道中，深埋于海拔近4100米的锦屏山。那是一个覆盖着2400多米岩石的极深地下实验室，叫作中国锦屏地下实验室，是由雅砻江水电开发公司和清华大学共建的。请你先别笑，因为的确有些物理实验并不完全在地球上做，比如丁肇中先生领导的阿尔法磁谱仪(AMS)项目等。

    Figure 1 中国锦屏地下实验室示意图（上左图来自于网络，下排图片来自于新华社）

    近期，PandaX实验组发布了二期实验的第二个结果，再次取得了世界领先的对于暗物质与常规物质自旋无关的散射截面的排除曲线。咳咳，说人话，就是对暗物质可能存在的参数空间做出了最强限制，不少关于暗物质的理论被证实是错误的。那什么是暗物质呢，此处省略一万字，请自行维基科普。陪伴这只“熊猫”成长七年了，请跟随我以一个参与者的视角，看看这个基础科研项目背后的故事。

    回到2010年的九月，彼时我还是一名上海交通大学致远学院的大三学生，首次在季向东教授的物理讨论课上听到了当今物理学关于暗物质的疑难，对于解释宇宙的起源以及世界上物质的组成非常重要，我深深的为之着迷。得知PandaX成立不到一年，需要有志从事物理实验研究的同学加入实验组一起玩物理。课后找到季教授，我申请加入了PandaX实验组。

    “熊猫计划”是由一组系列实验构成的，PandaX-I 和 PandaX-II 也就是一期和二期实验，均为氙气液二相时间漂移投影室探测器，目标是对暗物质候选粒子的直接探测，之后有更大型的暗物质探测实验和无中微子的双贝塔衰变实验。不要在意这些细节，总之我们在寻找宇宙中极难捕捉的“幽灵粒子”，暗物质粒子，这是当今粒子物理领域的一个前沿方向。

    2012年8月，两年准备期很快过去，组内十几位科学家和博士生昼夜钻研，从零起步的我们迅速跨过技术积累的壁垒，准备前往远在四川的实验场地。所有的设备价值不菲，更重要的是那是全实验组几年的心血，面对未知的路途和四川现场可能遇到的后勤不足，我们不敢信任运输公司和任何保险协议。于是，由我押车，陪伴襁褓中的“熊猫”开始了从上海到四川的征程。一路上，两位司机轮流开车和睡觉，我坐在副驾驶，不断提醒他们开慢点，开稳一点；在服务区吃饭的时候，叮嘱司机把车开到就餐座位的视野范围内。三天后抵达，PandaX在中国锦屏地下实验室的故事就正式拉开了序幕。

    二零一二年的“八·三零”特大泥石流。许多道路塌方，村庄被冲毁。

    措手不及的当头棒喝，同年的8月底，锦屏附近区域发生特大泥石流灾害。实验设施尚未成型，学长们不得不去到西昌避难一周。面对未知的生活，我想大家心中都充满了忐忑。不过渐渐，我们了解到虽然断水断电断网是家常便饭，但那样的灾害实属罕见，而且我们所驻扎的营地地质条件相当稳定，便渐渐放宽了心，投入了PandaX一期实验的各系统搭建和调试。

    这一调试运行，便又是一年半光阴。直到2014年10月，一期实验告一段落。在PandaX一期实验中，我不紧不慢地做着自己负责的一块工作，身边都是独当一面的学长，还可以偶尔打打球打打游戏。抱大腿的光阴回忆起来总是那么甜美，只可惜学长都是要毕业的......

    上海交通大学肖梦娇博士（现就职于美国马里兰大学）是当时实验室“最粗的大腿”。作为一期实验的现场负责人，带领了我们的许多项工作。

    2014年，“熊猫”度过了他的童年，学会了基本的道理，作为一只功夫熊猫，是时候操练一番，站上世界舞台，加入国际竞争了。实验组委派我负责协调从一期到二期实验的升级，并且之后委任我作为二期实验的现场负责人。年底，踌躇满志的实验组大部队来到锦屏，我们认为有了一期实验积攒的经验和二期实验充分的前期研发，制作一个体量大几倍的探测器不在话下。

    可惜事与愿违，探测器经过包括2015年春节在内的三个月紧张的安装后进入调试运行，发现有漏，氙气以不可接受的速率泄漏到外真空层并造成损失。

    这是二期实验的第一次失败，不过没关系，失败是成功之母，于是我们推倒重来.......

    原来是为我们加工压力容器的厂商在大法兰的热处理工艺上存在瑕疵，残余热应力释放导致在低温工作环境中形变和泄漏。说好的中国制造，中国骄傲呢？算了，初级阶段嘛……

    修复了这个压力容器泄漏的问题，又过了一个多月，我们发现了探测器出现了奇怪的信号，紧接着经过了两个月的研究，我们推断它来自于电极加工的不完美，这种奇怪的信号将干扰到我们对于暗物质的探测，必须修复。

    这是实验的第二次失败，但是没关系，毕竟不是同一个问题，多一个成功之母也挺好，下一次一定成功......

    这一夜，一位教授和三位博士生在实验室中拼装核心探测器主体至凌晨三点。

    又过了两个月，第三次失败，谁还没经历过一些失败呢，过一过二不过......过一过二过三不过四嘛......

    又过了两个月， 出现了一种新的干扰信号，第四次失败......

    上海交通大学肖翔博士（现就职于美国加州大学洛杉矶分校）累倒在洁净室中。洁净服不透水汽，一天穿着洁净服长达16小时极易虚脱。

    各种问题在前期预演的时候都没有出现，但是真上阵一操练，各种问题一次出现一个。每次解决一个问题的周期都是两三个月，而这所谓的两三个月，其中有20天是需要全体研究生三班倒将一吨的氙气从探测器中取回到储存容器中，或者在解决问题之后将氙气回填入探测器。

    那一天，是2015年的9月26日，开车穿过10千米的隧道，将起早贪黑奋战了近一年的小伙伴们送回营地休息。我独自留在车内，内心彻底崩溃了。我感慨自己的无知与无能，古语云一鼓作气再而衰三而竭，可是四呢？五呢？

    我回想过去，国际竞争的压力确实很大，但我们是不是不应该这么快节奏的升级进入二期阶段？是不是整体实验设计方案有问题？是不是前期预演并不能达到模拟真实探测器运行的情况？我们是不是应该全盘否定推倒重来？

    我不敢想未来，我是不是不该读这个博士？我是不是不该选这个方向？我的学术生涯是不是就要这样结束了？我为什么不听劝告去转个程序员或者去银行找个工作什么的？

    想到这里，我潸然泪下，趴在方向盘上一动不动哭了不止半小时。过去一年，我的工作不可谓不尽力，而成果却是四次不成功的探测器运行，没有采集到任何有意义的数据。

    但我不甘心。

    我拿起电话打给刘江来教授，我告诉他我还有一个大胆的方案，我要在现场直接对零件进行切削，大幅度改变电场的设计。这会使我们的探测器存在漏光，电场达不到设计的最优强度，液面控制行程变化等问题，但是完成远比完美更重要。我觉得这样很可能避免之前出现的各种干扰信号，具有一定的可行性，但风险也很大，几乎没有对这种情况的前期预研。我十分清楚，这意味着整个团队的研究生，又是一个二至三个月的重复周期，其中20天的三班倒和无数个难熬的夜晚，这是一年内第五次尝试。这意味着教授们要继续奔波于上海和锦屏，趁一周两天在交大有课的间隙，飞到西昌到实验室参与工作，他们要安抚家人并放弃所有约定的旅行和聚会。

    但我不甘心，我想他们也不会甘心。

    于是，经过几天的讨论甚至是争辩，团队优化了我最初的方案，决定再做一次尝试。

    为了节约时间，我们常常让后勤单位帮忙将饭菜送到10千米外的实验室。原则上，实验室为防止误食，并不允许吃东西，感谢中国锦屏地下实验室管理者的通融和谅解。

    时间来到2015年的11月底，终于，这一次似乎什么意料之外的问题都没有出现，我们顺利开始了数据的采集。所有人都喜极而泣，那一刻，我想作为一名PandaX人，我第一次尝到了幸福的滋味。我们不再是搭建一个小探测器学习研究探测技术，而是成功设计、制造并运行了一台世界上最大、最灵敏的暗物质探测器。然而我还是too young too simple, sometimes na ve了，不久我们便发现另一种不易发现的干扰信号，来自于另一种惰性气体氪的同位素的放射性。这意味着之前几年的所有环节中有过一次或多次泄漏事故没有被察觉，有空气混入了我们的探测媒介氙气之中。

    第五次失败......

    但是，这一次不是探测器本身的问题，这无疑是一剂强心剂。不过，暗物质是全世界众多物理学家趋之若鹜的谜题，世界上探测暗物质的实验分为不同类型，不同探测技术的有几十家，各有所长。与我们采用类似探测技术的，也是目前在中高质量区域具有灵敏度优势的实验有美国主要领导的LUX实验和美国与欧洲共同主导的XENON实验。

    两家实验都在如火如荼的开展着，相互争夺着世界领先的对暗物质参数空间的限制。也就是他们交替领跑着世界上对中高能区暗物质探测的灵敏度。暗物质随时有可能被发现，科学研究的成果只认第一，不认第二。

    作为新人，想要打破这两家的垄断，我们已经浪费了一年多的时间在调试二期探测器，因此现在必须分秒必争。于是一吨氙气被运回上海，在上海交通大学机动学院巨永林教授领导的合作者设计建造的精馏塔的提纯之下，历经一个月，数位研究生的三班倒，氙气中的氪气终于降到0.000000001%的浓度以下了。

    又跨过了一个春节，又是一轮在锦屏的三班倒，我们将氙气灌入探测器，静待在线提纯系统将氙气不断纯化使得我们的探测器对光信号和电信号变得越来越透明，越来越灵敏。

    但是第六次接踵而至！！！怎么还有，还有完没完了.......

    但是我们又发现了干扰信号，这一次来自于氙气。what！？我们不就是用氙气来测量暗物质么，氙气自己还能产生干扰信号？是的，“知道真相的我，眼泪掉下来”。研究了国际同行前辈的经验，对大量的文献进行研究，我们发现氙气在来回上海的途中由于不再有岩层的屏蔽，被宇宙射线大量地辐照并激发，因此产生了干扰信号。那么问题来了，干扰信号来自于氙气的一种同位素，你要怎么去掉？这难度堪比隔壁三胖背地里干的事啊！这一次，我们也很无奈，只有选择等待。幸好，它的半衰期是一个月，并且干扰并非特别强。

    2016年3月9日，历经一年半的数次失败，PandaX-II正式开始了稳定取数。

    2016年7月21日，我与季向东教授一起参加了英国谢菲尔德市举行的国际暗物质大会。会上我们发布了二期实验的第一个物理结果，对暗物质存在的参数空间做出了当时最强的限制，与同期发布的LUX实验的最后一个物理结果相当。当时引起了国际同行的强烈反响，大家都没有预料到我们会取得世界领先的结果。这一次，“熊猫”终于站上了世界舞台，与世界上最优秀的物理学家们同台竞技。

    季向东教授正在英国谢菲尔德市的会场内公布PandaX-II的第一个物理结果，灵敏度首次领跑暗物质直接探测。

    2016年7月26日，二期实验首个物理结果的网络预印版上线公布。

    2016年8月16日，成果文章被《Physical Review Letters》（物理评论快报）接收。

    2016年9月16日，成果论文作为《物理评论快报》的封面文章正式发表。文章的快速接收和发表标志着“熊猫计划”二期实验受到了国际同行的认可。

    PandaX-II的第一个物理结果在物理学顶尖的期刊《Physical Review Letters》（物理评论快报）上以封面文章的形式发表。

    不过，好景不长。

    2017年1月，LUX实验发布了过去四年运行的结果，超过了PandaX-II实验公布的灵敏度。

    2017年5月，XENON1T实验发布了他们的首个结果，又超过了LUX的灵敏度。

    那“熊猫”在干嘛呢？

    此处响起四川普通话：“好，烦，哝！”心累，你让我歇会。

    在后续的运行期间，氙气又遭到了污染...... 于是我们又要进行再一次的精馏提纯。不过，这一次精馏塔搬到了地下实验室，这样氙气就不会被宇宙射线激发了。

    第七次了......不过我们已经学会呵呵了......呵呵.......

    随即，我们展开了现场的三班倒精馏提纯。由于跨过春节期间，人力紧张，我与山东大学的博士生燕斌斌值12小时夜班；上海交通大学的博士生崔祥仪和上海应用物理研究所的博士生王秋红值12小时的日班，从除夕到初七。提纯和回填探测器期间又出现了新的问题，与节后归来的小伙伴们一起，三班倒最终持续了两个多月。

    没错，这就是2017年除夕的年夜饭的全部。

    2017年4月，PandaX-II实验恢复了实验数据的采集。8月8日，季向东教授代表合作组在2017国际高能粒子天体物理大会上公布了熊猫计划二期的最新结果。

    我们，再次取得了世界领先的灵敏度！

    2017年8月8日季向东教授在美国俄亥俄州哥伦布市的大会上公布了PandaX-II初步的第二个物理结果，再次超越国际竞争者，灵敏度达到世界领先水平。

    五年转瞬即逝，我见证了这只“熊猫”在四川大山中的茁壮成长，它的背后，是十几位世界级科学家和十几名研究生的悉心照料。他们需要给妻儿解释为什么约定的假期又要再次失信；他们需要与长辈解释为什么明明人在中国却好几年不回家过年；他们要给女朋友解释为什么一出差就是几个月接着几个月又是几个月；他们要给自己解释，人生如此丰富多彩，为什么要吃这么多泡面、速冻水饺、速冻汤圆和工地食堂，为什么要日复一日、夜复一夜去做这样一件事，去做一件亲朋好友问“你测到暗物质有什么用”你都答不上来的事？

    如果“不曾哭过长夜的人，不足以语人生”，那我可能可以肤浅一语。

    我是幸运的。我们出生的时代、国家和家庭，是无法选择的。但这是一个美好的时代，人类文明早已经足够发达，人类社会的结构早已可以通过社会分工养活大多数不耕种的其他专业人；这是一个崛起中的国家，她有足够的气魄和格局，去做一些仅有长远收益的投入；我很庆幸来自于一个开明的家庭，它让我思考我想成为一个什么样的人，它让我去成为一个我想成为的人。

    尤其是在基础科学领域，许多时候，并不是因为“有用”，人类才进行对自然的探索活动。我们的项目极有可能首先直接探测到“暗物质粒子”，回答人类关于宇宙起源的问题，解释这世界上比常规物质多五倍的看不见的物质究竟是什么。也有可能若干年后我们的方向被证实是错误的，暗物质无法通过这样的探测方式被捕捉到。但这没关系，人类对于自然的探索绝非教科书那么简练。历史长河中绝大多数的科研工作都是炮灰，都是试错，但绝非毫无意义。它告诉后人，在不可数无穷多个探索方向中，有一个看似能有突破的方向很可能走不通。

    有人说：并不是热泪盈眶才叫青春，也不是莽撞热血才叫年轻。不忘初心，便始终都是年轻的。悲哀的是，多少人把放纵当热血，并把成熟和自律当做陈腐来嬉笑嘲讽。岁月还未过多流逝之前，他们的身体和精神就已经被掏空，提早告别了青春。

    尽管就“熊猫计划”为例，基础科研可能99%的过程都是超高强度的体力和脑力劳动伴随着枯燥、乏味、痛苦和自我怀疑。但是那1%会当凌绝顶的尖峰时刻，简简单单“幸福”二字不足以描述人类精神需求中自我实现层面的巨大满足。

    我只是想满足我的好奇心，也是人类的好奇心。我热爱这样的基础科研工作，热爱探究自然奥秘的真相。

    我是真的很想；是真的，真的热爱！

    2015年我在锦屏现场工作288天，2016年280天，2017年预计也会超过280天，成为了一名不折不扣的山底洞人。我的学术生涯、我的事业起步于这座大山之下的洞室里。

    锦屏山隧道东段洞口，即实验组驻地的黎明。

    本故事纯属真事，如有雷同也很正常。这也是我们团队所有人共同的经历，相信也是千千万万基础科研工作者拥有的相似的心路历程。

    —THE END—

    来源：辅导员娘亲（ID：fudaoyuanniangqin），当代青年交流平台。转载已获授权。

    他们的研究成果戳：再次刷新世界纪录！交大“熊猫计划”公布最新暗物质探测实验结果

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