在地下2400米攀登世界科技高峰(2)
那就是探测暗物质的核心装置——高纯锗探测器长期依赖进口。“我们要研发出属于自己的高纯锗探测器!”2010年起,锦屏地下实验室副主任、清华大学工程物理系研究员李元景带领团队踏上了征服探测器的道路。
从零开始,谈何容易!因暗物质的发现对高纯锗探测器的灵敏度要求非常高,李元景与团队既要能够制备高纯度锗晶体,还要摸索探测器制作整套工艺。“每向前走一步,对我们来说都是一道坎儿,而这样的坎儿有无数个。”李元景说。
7年时间,李元景与团队攻克了高纯锗探测器“卡脖子”技术,研发出了我国第一台500克级高纯锗探测器。自此,高纯锗探测器的研发驶入了“快车道”,1公斤级、1.5公斤级也陆续问世。
“做科研就要勇于冲破黎明前的黑夜,一旦迎来第一缕曙光,前方将是万丈光芒。”李元景满怀憧憬地说,“接下来,我们的目标是要完成百公斤级的高纯锗探测器。”
在锦屏地下实验室,非常鼓励团队成员大胆假设、勇敢尝试。随着实验室里高纯锗探测器规模的不断扩大,捕捉到的脉冲信号越来越多,对锦屏地下实验室读出电子学组负责人、清华大学工程物理系副研究员薛涛提出了更大挑战。
“面对海量信号,我们既需要提高读出带宽,将更多脉冲信号转换成数据信号存储到电脑中,同时也要避免在舍弃电子学‘噪声’时,将隐藏在其中的有用信号误删掉。”薛涛向记者讲述着所面临的困难。
他们产生了一个大胆想法,将读出带宽从1千兆比特每秒(Gbps)提升到40千兆比特每秒,并利用神经网络结合数字滤波,研究新的实时在线处理算法,对波形数据进行初步筛选。
刚开始,薛涛对这个想法还比较犹豫,步子迈这么大,究竟能不能实现?“就去做吧!”在锦屏地下实验室的大力支持下,薛涛带领团队奋力攻克一道道难关。
“我们发现啦!”2023年3月的一个深夜,薛涛的手机收到一条令人振奋的消息。“多年来,我们一直梦想着在电子学‘噪声’里找到隐藏其中的有用信号,为之后疑似暗物质信号分析提供更多有用的数据,这次终于成功了。”薛涛说。
把接力棒交到年轻人手中
“由清华大学负责的锦屏地下实验室,既要推出科研成果,还肩负着培养人才的使命。”李元景说,“我们团队的主力就是这些80后、90后的青年科研人员,将年轻人培养起来同样也是重要成果之一,为此我们给了年轻人很多挑大梁的机会。”
2017年1月,刚在国外完成博士后的田阳,一回到清华大学,就在探测器组负责人、清华大学工程物理系首席研究员李玉兰的指导下,承担起了下一阶段的重要任务——将高纯锗探测器的制冷方式由真空腔液氮直冷改为液氮裸浸。
对于这项重任,田阳感到压力很大,但又充满能量与干劲。“国际上关于暗物质探测竞争激烈,我们必须分秒必争。”他说。熬夜甚至通宵,对田阳来说是常有的事。他至今还记得2018年12月第一次将调整后的高纯锗探测器放入液氮中的那个夜晚,他和团队盯到凌晨2点还不舍得离开。
5年里,田阳发现问题、解决问题,终于使高纯锗探测器达到了未来实验要求。如今已是副研究员的他,正期待着将研究成果,尽早应用在锦屏地下实验室二期的液氮恒温器中。