作者是物理学和天文学编辑Eloise Chakour
加拿大的深层地下研究实验室SNOLAB庆祝了它的成功十周年今年。这个设施位于安大略省萨德伯里附近的一个矿井中两公里深的地方，拥有世界上最最深的,干净的实验室空间。在过去的十年中，SNOLAB一直处于前沿天体粒子物理学研究人员和物理学家期待着同样辉煌的未来。在这个由两部分组成的系列文章的第一部分中，我们将探讨SNOLAB是什么，它已经完成了什么，以及我们可以对它的未来有什么期待。
SNOLAB一览
“SNOLAB”这个名字既指研究设施，也指在那里工作的科学合作。该设施有两个主要区域:它的地下实验室空间和一个表面面积来支持它。SNOLAB最著名的工作是暗物质探测和中微子，目前正在进行11个活跃的实验，范围从遗传学对科学测量的检验设备．地下设施位于一个积极的我这似乎是一个奇怪的选择。然而，它独特的位置利用了地壳的天然屏蔽特性。实验室周围大约两公里的岩石极大地降低了环境污染宇宙射线以及其他会干扰探测器的辐射。尽管位于一个活跃的矿山，地下设施拥有5000米2的洁净室空间中，空气中的污染物如灰尘被过滤出来最大指定密度进一步减少对测量设备的干扰源。粒子和辐射探测器对背景噪声特别敏感。
ssnolab于2012年正式启动，尽管一个名为SNO(萨德伯里中微子天文台)的实验已经在那里。SNOLAB是作为实验基础设施的扩展而建立的，目前是SNO的继任者SNO+的宿主。
SNOLAB的科学
SNOLAB将其研究大致分为四类研究重点:低背景环境、暗物质、中微子和多样化的探索。
低背景环境
低背景环境是指通过屏蔽、空气过滤和其他实验环境的操作，将实验外部的所有信号噪声来源(如灰尘、宇宙射线和辐射)降至最低的环境。因此，这一研究重点课题直接源于该设施独特的设计和位置。还有什么地方比世界上最深最干净的实验室更适合研究这样的环境呢?虽然SNOLAB的所有实验都在某种程度上利用了设备内置的低背景修复目前正在进行的实验就是专门为此设计的。一组生物学家在地下设施中建立了实验室，研究生活在低背景环境中对生物体的影响。
暗物质
DEAP-3600探测器在建造过程中。图像: SNOLAB，认可的媒体图像。
暗物质是SNOLAB的第二个焦点课题，也是当今物理学最大的谜团之一。简单地说，宇宙中有很多“东西”是我们无法探测和解释的。我们无法探测到的物质被称为暗物质。为什么我们叫它黑暗?因为我们看不见它!它似乎不与光子相互作用还有电磁力(我们称之为光)，这使得传统的实验物理装置很难探测到。关于暗物质的性质有很多假设，但到目前为止，物理学家们只能排除一些．SNOLAB已经产生了一些关于暗物质是什么和不是什么的最强的实验数据，并且自实验室成立以来一直是寻找暗物质的关键角色。今天，SNOLAB正在进行的实验中，有一半以上都致力于解开这个百年之谜，其中包括巨型望远镜deap - 3600协作。它是最近的突破性的成果结论显示暗物质不存在于以前未探测到的质量范围内，这缩小了物理学家需要搜索它的范围。第二部分将详细介绍这一点。
中微子
至于合作的第三个焦点话题，艺术麦当劳他在太阳中微子(来自太阳的小的，几乎没有质量的粒子)方面的工作可能是来自SNO/SNOLAB基础设施的最著名的科学，因为它为他赢得了诺贝尔奖2015年诺贝尔奖！中微子仍然是SNOLAB的一个重要研究领域。SNO+继续给物理学家关键的见解转化为中微子，比如更好地限制看不见的核子衰变。核子——构成原子核的粒子——包括质子和中子。目前，人们认为质子不会在原子核外衰变为其他粒子，而中子只能以一种方式衰变。看不见的衰变模式是假设的核子衰变方式，很难探测到。看不见的衰变模式的存在将是一个强有力的指标，表明存在超出我们现在理解的物理，这可能会改变我们对亚原子粒子的思考和组织方式。SNO+的结果排除了特定能量范围内不可见的衰变模式，使物理学家更接近于探测或排除这些衰变模式。
多样化的调查
SNOLAB的最后一个重点主题是多样化的探索，它撒下了一张广泛的网，使科学家能够在许多领域探索问题。从深层地震研究-或地震的地下分析-到生物学和设备测试，如果需要在地下深处或在一个非常屏蔽的位置进行，SNOLAB是做这些工作的地方。例如，幼崽地震实验能够显示地震振动在地表和地下深处传播的重要不同之处。这些信息可以帮助提高采矿作业的安全性，以及其他应用。
期待
这张SNO+探测器的图像是由实验的水下相机之一拍摄的。图像SNOLAB批准的媒体图像。
今年5月，SNO+实验完成升级设备这大大提高了探测器的灵敏度，并允许团队开始数据收集的新阶段。这些变化将使SNO+首次测量加拿大地盾的地中微子(源自地球上放射性衰变的中微子)。
拥有世界一流的探测器和独特的位置，物理学家们希望SNOLAB在未来几年继续深入了解暗物质的本质。一项使用SNO+中微子探测器继续寻找暗物质的新实验已经完成建议不过目前还没有公布任何计划。去年SNOLAB公布了他们2023-2029年的战略发展计划，所以可以肯定地说，有很多令人兴奋的事情在等着他们。
SNOLAB在其10年的运作中为自己在加拿大和世界物理学中创造了一个有影响力的位置。通过继续和扩大SNO的遗产，合作对天体粒子物理学和其他领域做出了巨大贡献。在第二部分中，我们将探索SNOLAB的一些活跃实验所涉及的科学。
编者注:这篇文章是Eloise Chakour关于SNOLASB的2部分系列文章的第一部分。要阅读第二部分，请单击在这里．
特写图片:SNOLAB的地面设施。照片: Phil Harvey, CC0 1.0。
