暗物质：现代物理学最大的乌云

周宁介绍自己来自上海交通大学，研究生阶段参与欧洲对撞机暗物质探测，2025年获基础科学突破奖。他引用李政道的话称暗物质是世纪之交现代物理学最大的乌云。暗物质不发光不吸收光，只能通过引力感知，1933年由瑞士科学家兹威基首次推测，星系旋转曲线显示远处恒星速度未减弱，需要大量看不见的物质提供引力。

对撞机之外：为什么要把探测器埋进地下

对撞机可以产生暗物质并留下能量丢失信号，但产生的新粒子未必是宇宙暗物质的主要成分。银河系85%是暗物质，每立方米有约三十万个质子质量的暗物质，太阳以每秒220公里穿越这层'雾霾'。直接探测的挑战是信号极弱——每年暗物质与人体碰撞几率小于一次，而噪声碰撞每天超过一亿次，因此国际上把探测器放到地下用地球做屏蔽。

锦屏隧道贯通带来的机会

2008年8月8日新闻联播报道雅砻江锦屏山隧道贯通，这是国际上岩石覆盖最深的地下隧道。上海交大和清华联系雅砻江水电公司，对方作为央企免费提供场地做科学研究。锦屏地下实验室二期完成后成为世界最深，头顶2400米岩石覆盖，水平隧道便于大型装置直接开车进入，洞内四季恒温约18度，环境极其安静。

熊猫实验与液氙探测技术

实验英文首字母拼成PANDA，得名熊猫实验，与四川契合。探测器用液氙做靶材料，氙光电特性优异，碰撞产生的178纳米紫外光由上下两层光电倍增管捕捉，自由电子在垂直电场中漂移后二次发光，可精确测量位置与能量并区分放射性噪声。中国此前没有液氙探测技术，2009年启动，从120公斤做到580公斤才完整掌握。

四吨探测器的设计目标

2016年团队决定建造国际新一代四吨级液氙探测器，周宁加入。粒子物理实验需要自己从头建造探测器，四吨探测器直径1.2米、高1.2米，国际上没有先例。目标散射截面灵敏度为10的负47次方平方厘米，要求暗物质信号区内一天一吨的噪声事例不超过一个，设计白皮书发表在中国科学上。

几千个零件与特氟龙的加工难题

探测器由几千个零件组成，上百张图纸需与加工厂反复迭代。材料需极低放射性杂质，团队全国调研后选中白色聚四氟乙烯即特氟龙，对178纳米紫外光反射率超95%。但特氟龙在19度发生相变、温度传递不均，1.4米长的零件加工后弯曲变形，团队与化工专家反复调整工艺才解决。从2016年9月到2018年8月，两年完成全部零件，杂质控制在PPT量级。

五年建成，开机即见物理事例

2019年完成组装、力学与高压测试，并与制冷、循环系统联合测试，8月运抵锦屏地下实验室安装调试。探测器浸泡在液氙中，置于双层绝热罐体。从2016年2月启动到2020年11月，历时五年建成。2020年6月开机即看到第一个物理事例，证明探测器运行正常，成为国际上第一个投入运行的新一代多吨级液氙探测器，比国际同行提前一年多。

95天试运行结果与'深水区'比喻

95天试运行结果三个月完成分析并发表。结果图横坐标是暗物质质量这一自由参数，纵坐标是相互作用强度。周宁用鱼在水里游作比：浅水区信号强先扫，再不断向深水推进，探测灵敏度要求扫描范围不断下降。结果获得国内外广泛关注，团队继续运行并寻求拓展灵敏度。

低阈值模式与噪声评估

传统模式要求同时有光和电子信号，最小探测能量约2千电子伏特。为探测更弱信号，团队尝试低阈值模式，只要电子信号，把阈值降到0.5千电子伏特。但欧洲竞争实验组结果显示低阈值模式存在大量难以理解的低能噪声。团队经过一年多研究，2023年首次完整评估液氙探测器低能阈值的噪声来源，为低阈值寻找暗物质铺平道路。

意外收获：首次测到太阳中微子相干散射

低阈值数据点高于已知噪声，团队一度兴奋以为看到暗物质，紧张分析后发现信号来自太阳中微子与氙原子核碰撞产生的核反冲。这是人类首次测量到太阳中微子与原子核发生相干散射，标志液氙实验达到里程碑级灵敏度。实验还能探测超新星中微子，并可放在核反应堆和核废料旁监控核反应，成为核安全监控的重要一环。

用体量换时间：2033年给出答案

理论预言的暗物质区域距离当前灵敏度还有一到两个数量级，需要200吨年曝光量，即4吨探测器运行50年。周宁说那时他早退休了，于是改为拿体量换时间：做40吨探测器，五年即可达到目标。数十吨级液氙探测技术正在上海交通大学推进，目标2027年投入运行20吨级探测器，运行五到十年给出结论。暗物质1933年被提出，希望2033年百年之际回答它到底是什么。