專訪高能物理學家張新民，談海拔最高望遠鏡和最深地下實驗室
一台世界上海拔最高的引力波探測望遠鏡，即將在2020年開始對原初引力波的追尋。全國政協委員、中國科學院高能物理所研究員張新民3月7日告訴澎湃新聞（www.thepaper.cn），由他主持建設的西藏阿里原初引力波項目進展順利，一期觀測倉主體已基本完工，望遠鏡主體也由高能所和合作方美國斯坦福大學初步設計完成。
「三年建成、五年出成果」是張新民給出的承諾，即在2021年到2022年左右，給出一個北天區宇宙微波背景輻射（CMB）極化最好的天圖。原初引力波的線索，就藏在這張天圖裡。
「錯過了引力波，我們不能再錯過探測原初引力波的重要窗口。」張新民強調。
全國政協委員、中國科學院高能物理所研究員張新民
美國激光干涉引力波天文台（LIGO）在2016年2月11日宣布成功探測到由雙黑洞併合產生的引力波，毫無懸念地捧走諾貝爾獎之後，宇宙暴脹時期誕生的原初引力波成為了下一個追逐的焦點。
如果說引力波的發現，完成了愛因斯坦廣義相對論的最後一塊拼圖，那麼原初引力波作為「宇宙的初啼」，則能幫我們檢驗各種宇宙起源和演化模型，如暴脹、反彈、循環等。
只是，無論在地面還是空間，中國的引力波探測項目均起步較晚：LIGO擁有40年的項目經驗，歐洲的激光干涉引力波天文台Virgo也於去年開始與LIGO合作觀測；歐美合作的空間引力波探測衛星LISA完成了原型機試飛；南極極點和智利阿塔卡瑪沙漠建成的CMB觀測站，已經積累多年的數據。
中國還有拔得頭籌的時間嗎？具有獨特地理優勢的世界屋脊開闢了一個窗口。
要知道，不同的引力波源產生的引力波頻段不同，最佳探測手段也不同。LIGO和Virgo藉助地面激光干涉，不太可能探測到原初引力波；空間激光干涉衛星雖有一定的可能性，但LISA的發射時間被推遲到了2035年左右；而最適合探測原初引力波的CMB觀測站，目前全部集中在南半球。
海拔5250米的西藏阿里大氣透射率高，水汽含量少，環境清潔，能夠很好地避免信號干擾。與同在北半球的格陵蘭島比起來，阿里處於中緯度地區，可見天區要大一倍。
2017年諾獎得主、LIGO引力波探測功勛索恩（Kip Thorne）曾經預測，人類將在未來5至10年內探測到原初引力波。這意味著，如果這台北半球唯一、全球海拔最高的CMB觀測望遠鏡如期建成，就能抓住歷史時間窗。
從最高的望遠鏡到最深的實驗室
5250米的海拔在建成後是尋找原初引力波的重大優勢，但在工程建設過程中卻提出了不少挑戰。張新民也坦言，阿里項目的總體經費仍有缺口。
張新民由此在本次全國兩會上建議加強引力波研究，確保阿里項目按期完成並早出成果。同時，他強調要加強國際合作，把阿里建設成為世界天文觀測和高能物理實驗的研究中心。這也是2017年諾獎得主雷納·韋斯（Rainer Weiss）曾對阿里項目寄予的期望：「這會成為中國科學的典範，一個非常漂亮的典範。中國利用西藏這樣一個獨特的地理條件，建造一台國際共享的設備。全世界都應該知道中國在做這樣的事。」
原初引力波探測望遠鏡選址在海拔5250米的西藏阿里
除了世界上最高的望遠鏡，張新民還關注另一個中國具有獨特地理優勢的科研基地：錦屏地下實驗室。
這是世界上最深的地下實驗室，由中國科學家2008年規劃，2010年揭牌並投入使用。它利用了為水電站修建的錦屏山隧道，其垂直岩石覆蓋達2400米。目前，來自上海交通大學和清華大學的兩個團隊，正在其中開展暗物質粒子實驗。科學家們在遠離地球噪音的地下，探測神秘的WIMPs（弱作用大質量粒子）。
張新民提到，「極深地下極低輻射本底前沿物理實驗設施」已通過發改委立項，列入國家 「十三五」重大科技基礎設施。他希望國家儘可能加快審批流程，使建設工作能儘快開展。
有了一流基地，才有重大成果的機會
從海拔最高的望遠鏡到世界最深的地下實驗室，張新民關注的這兩個具有獨特地理優勢的基地，都聚焦國際競爭激烈的基礎物理前沿領域。
與引力波一樣，各國在暗物質領域正在開展「天上地下」的競爭。中國的「悟空」是目前世界上觀測能段範圍最寬、分辨能量最優的暗物質粒子探測衛星，在去年年底公布了國際上精度最高的電子宇宙射線探測結果。
地下實驗室方面，歐洲的XENON實驗和美國LUX實驗起步較早，但上海交通大學教授季向東領導的PandaX在近年多次獲得了高靈敏度的實驗結果。
錦屏地下實驗室 四川日報 圖
原初引力波與暗物質都與宇宙的起源和演化息息相關。暗物質和暗能量構成了宇宙的95%，我們已知的可見宇宙物質則只有5%。面對這樣宏大而根本性的問題，季向東曾向澎湃新聞記者感嘆：「有些人可能會問探測到暗物質有什麼用。我想說的是，這會是對人類宇宙觀的一次徹底刷新。這種刷新，在人類歷史上自哥白尼提出日心說算起，也沒有過幾次。」
張新民介紹道，在基礎前沿科學領域，宇宙演化被「十三五」規劃綱要列為重點突破之首。在過去十餘年間，宇宙學研究取得了巨大的進展，步入了精確宇宙學時代。他認為，雖然最新報道稱中國發表論文數超過了美國，但重大原創成果缺乏，「在國際上的影響力與我們這樣一個大國應有的地位極其不相稱。」在物理和天文領域，中國至今沒有本土的科學家獲得諾貝爾物理學獎。
建設一流基地，是對基礎原創研究的持續性保障。「基礎研究特別是觀測和實驗方面的研究，不同於應用研究，是對自然界基本規律的探索，可能會成功，也可能會失敗。但是，只有有了一流的研究基地和設施，才有取得重大成果的機會。」張新民總結道。
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