《人民日報》（2026年03月28日 第 06 版）

　　“十五五”規劃綱要提出，“圍繞極宏觀、極微觀、極端條件、極綜合交叉的科學前沿，加強新興領域、交叉融合和跨學科基礎研究。”

　　2021年，習近平總書記在兩院院士大會、中國科協十大上提到：“戰略高技術領域取得新跨越。在深海、深空、深地、深藍等領域積極搶佔科技制高點。”其中深地領域的重要成果——“世界最強流深地核天體物理加速器成功出束”，正是柳衛平院士作為首席科學家帶領的錦屏深地核天體物理實驗項目（JUNA）團隊研發的。

　　核天體物理是什麼？在深地的科學研究有著怎樣的意義？本期“院士講科普”邀請中國科學院院士、南方科技大學講席教授、中國原子能科學研究院研究員柳衛平，帶我們到地下2400米感受“宇宙之光”。

　　——編 者

　　2020年12月，四川錦屏山下2400米深處，一個白色光斑發出耀眼的光芒——錦屏深地核天體物理加速器成功出束。這是一道可能揭示生命起源的“宇宙之光”。

　　我們究竟從何而來？從古至今，人類都在思考這個問題。經過近一個世紀的探索，科學家們終於勾勒出宇宙誕生的大概輪廓：約138億年前，一個奇點的大爆炸開啟了萬物的演化之旅。然而，宇宙的演進仍有無數未解之謎：構成物質世界的上百種元素從何而來？這些元素與星辰之間又存在著怎樣的聯系？人類能否在地球上重現宇宙演化進程，破解這些終極奧秘？

　　讓我們深入2400米的地下實驗室，在極深處探索恆星演化，尋找生命起源的密碼。

　　用極小的原子核去解釋極大的宇宙

　　核天體物理，是一門用原子核物理解釋星體能量產生與元素演化的學科。通俗而言，就是用極小的原子核，去解釋極大的宇宙演化規律。

　　推動宇宙演化的巨大能量，也正源自微觀世界中的核反應。核反應與燃燒煤炭的化學反應看似相近，實則不同：化學反應中，分子結構改變﹔核反應中，則是原子核的轉變。這一微小差異，卻帶來百萬倍的能量放大——足以驅動星體的演化。

　　以太陽為例。為什麼太陽能持續發光發熱？太陽內部無數次的聚變反應，如同無數氫彈持續爆炸帶來光和熱。然而，恆星在氫燃燒之后的演化路徑，以及氫、氦之外元素的生成機制，仍困擾研究人員多年。

　　對於科學家而言，要拼湊出恆星演化的完整圖景，必須像“偵探破案”般，還原恆星內部的原子核反應和衰變過程。然而，即便是距離我們最近的恆星——太陽，要精確觀測其內部核反應也困難重重，要測量它的核反應規律更是一大挑戰。

　　那麼，能否在地球上制造一個“迷你宇宙”，去還原天體環境中的核物理過程，從而破解恆星誕生和演化之謎呢？

　　科學家經過長期探索，終於找到了工具——加速器。

　　加速器利用靜電將帶電粒子加速至接近光速，模擬恆星內部的核反應條件。以錦屏加速器為例：離子源猶如一個高溫爐，將需要的粒子“蒸發”出來，在40萬伏特高壓驅動下，粒子被加速至接近光速，經由電磁鐵“拐彎”，在反應靶的地方轟擊原子核，就可以測量到每次核反應產生的概率，進而推演天體中元素的合成速率。

　　憑借這一工具，科學家已取得諸多重要成果。宇宙大爆炸后約30分鐘內，氫、氦、鋰3種元素率先誕生﹔經過約4億年漫長、平穩的核燃燒，碳、氮、氧一直到鐵等元素相繼生成，最終構成地球、太陽乃至整個宇宙的物質基礎。

　　為什麼要到地下2400米做實驗

　　恆星，好比產生化學元素的“煉丹爐”。演化過程中，在引力的作用下，恆星不斷向內部坍縮，點燃中心核反應，整個過程像剝洋蔥一樣，輕一些的原子核反應結束后向內坍縮，開啟下一階段的聚變反應。這個過程中誕生了位於元素周期表中鐵之前的元素，其中就包括構成生命的最基本的元素——碳和氧。

　　科學家並不知道從碳到氧的核反應過程究竟有多快。這一反應過程，被稱為核天體物理的“聖杯”反應。即便擁有加速器這一利器，在地表探尋“聖杯”反應仍存在巨大困難。

　　為什麼要到深地去做實驗？太陽處於漫長而平穩的核燃燒中期，原子核相對速度極低，核反應概率微乎其微。在地表測量這一微弱信號，猶如在數萬人的嘈雜體育場中傾聽兩人的竊竊私語。微弱的核反應信號會被幾百萬倍、幾千萬倍宇宙射線的龐大噪聲所淹沒。這也正是“聖杯”反應70多年來未被精確測量的根本原因。

　　那麼，如何找到一處宇宙射線通量極低的環境？

　　為了建造雅礱江流域的水電站，水利學家在四川雅礱江邊的錦屏山2400米深處修建了一條隧道。這一深度，恰是屏蔽宇宙射線的天然屏障。於是，在國家支持下，科學家在引水隧道旁開辟出30萬立方米的巨大空間，建成錦屏深地實驗室，既為暗物質探測提供環境，也為測量極低概率的“聖杯”反應創造了理想條件。

　　在國家自然科學基金委、中國科學院和中核集團支持下，JUNA團隊歷經7年攻關，於2017年研制出世界流強最高的深地核天體物理加速器，其亮度比意大利格蘭薩索深地實驗室加速器的還要亮10倍。同時，團隊還研制出深地最精密、效率最高的探測器。至此，極亮加速器、極淨環境、極高效探測3塊拼圖齊備，探索“聖杯”反應的時機終於成熟。

　　豐碩成果點亮“深地之光”

　　2020年12月26日，一縷光照亮實驗熒光屏，中國核天體物理的“深地之光”點亮。此后4個月，團隊取得多項核天體物理反應的世界紀錄，標志著中國核天體物理實驗研究躋身世界先進行列。通過這些實驗，科學家揭示了諸多奧秘：如果利用伽馬射線來看宇宙，人類能看多遠？天文觀測中的氟和鈣元素，為什麼比理論預言的多？產生重元素的中子有多少？相關成果已發表於《物理評論快報》《自然》等國際學術期刊，被評為亮點成果，后續研究將陸續發表。JUNA團隊探測“聖杯”反應的測量靈敏度較國際相關團隊研究，也提升數十倍。

　　2025年，依托新建成的錦屏大設施，團隊啟動第二批核天體物理實驗，這些實驗將為解決太陽的金屬性疑難和鋰豐度缺失問題，提供關鍵線索。JUNA團隊探測“聖杯”反應的步伐，也在進一步加快。

　　未來，還有無盡奧秘等待揭示。依托錦屏深地核天體物理實驗平台，科研人員將繼續測量更多核反應速率，研制更大加速器，探索鐵之后重元素的合成路徑。同時，這些數據也將應用於中國核動力裝置研發，助力科學家“走”到太陽系邊界，探索更深遠的宇宙奧秘。

　　在宇宙的深處總有奇妙的現象，等待著我們去發現和解釋。科學家要仰望星空，永葆好奇之心，探尋未知之謎。同時，也需要腳踏實地，用決心、勇氣和毅力，用先進的科學儀器，去找到打開科學奧秘的鑰匙，為人類的知識寶庫貢獻力量。

　　（作者為中國科學院院士、南方科技大學講席教授、中國原子能科學研究院研究員，本報記者呂紹剛採訪整理）