自序

我是一名高能粒子物理研究员，我的工作就是依据要研究或探讨的粒子物理问题去设计各种实验方案，继而依据实验方案建造不同的实验装置，并通过对实验数据的分析和理解，获得物理问题的答案。1978年，我在美国开始了我的粒子物理实验生涯。第一个是加速器中微子实验，证明一个当时很时髦的理论（弱电统一理论），并成功地测量出该理论中的一个关键参数。1981年回国后，为研究构成物质最基本单元之一的“粲夸克”，我参加了北京正负电子对撞机（BEPC）和北京谱仪（BES）的建造和物理实验，1994年后又主持了BES的升级改造和升级后BES-II的实验研究。BEPC用于产生研究对象——“粲夸克”，BES对“粲夸克”进行实验探测和研究。我的几十年研究工作的目的就是检验“基本粒子标准模型”理论，这是有关“物质基本结构和相互作用”的理论。对这个“标准模型”理论进行实验验证的同时，更希望能获得超出这个“标准模型”理论的实验证据，发现新物理，推动物理向前发展。不幸得很，虽然我和高能所的同行们做了各方面的努力，其中也为“粒子物理标准模型”理论添了不少砖瓦，获得了不少新的数据，也发现了不少新的现象，但都没有超出“标准模型”理论的范畴，至今发现没有任何新物理的迹象。

20年前，我被“暗物质”一词深深吸引，这是个以前教科书或文献上从来没有提及过的物理概念，也是我从事粒子物理实验研究几十年没有接触过的物理现象。这不就是超出“粒子物理标准模型”理论的实验现象吗？也一定是我日思夜想的新物理吧！于是我走上了侦测暗物质的新征途。从1997年开始，我和台湾中研院物理所的专家合作，共同建立了TEXONO合作研究组，并作为TEXONO合作组大陆方面的发言人，从事中微子和暗物质的实验研究。TEXONO合作可能是两岸基础物理研究方面合作的典范之一，是合作时间最长、人员交流最多的一个项目。从1997年至今仍在继续。2002年后，出于实验技术的共同点和共同的物理目标，我也成为韩国暗物质合作组（KIMs）的成员，这是一个采用碘化铯晶体CSI（Tl）探测技术的暗物质研究团队。

从2001年起，我受邀为客座教授在清华大学工程物理系开展了多层阻性板（MRPC）探测器、时间投影室（TPC）和高纯锗（HPGe）半导体探测技术发展与应用的研究。在参与KIMs的地下实验室暗物质研究的同时，我和清华大学的专家们在地下实验室开始了我们自己独立的暗物质研究。韩国的地下实验室只有700米深，虽然比台湾的地表实验要好，但实验条件较差，深度也不够，给实验带来了诸多困难。我特别期望能在国内开展地下实验，也不断调查在国内建立地下实验室的可能。

“机会总是留给有准备的人”一点不假。2008年8月10日，新华网发布了一条不太起眼的消息：“8月8日，北京奥运会开幕式前两小时，连接四川锦屏一、二级‘双子星座’电站的锦屏山隧道，在历时近5年建设后实现双洞贯通”，“世界第二深埋隧道——锦屏山交通隧道全线贯通”消息，引起我和清华大学研究暗物质的同行们的极大关注。这可能是我国建设自己的极深地下实验室的一个良好契机，我国没有地下暗物质实验室的情况也极有可能因此被改变。本人向清华工程物理系领导建议在锦屏山交通隧道建设我国的地下实验室。

同年12月在三亚召开的中韩暗物质合作研究国际会议上，我和岳骞老师等分别做了有关“在锦屏山隧道为暗物质研究建设我国地下实验室”的报告，对外公开了这一激动人心的消息。2009年，清华大学和雅砻江水电开发公司开始了地下实验室的建设。从地下实验室的设计、建造，实验室物理参数的测量直到实验室能够满足实验的要求，仅仅用了一年半的时间，2010年12月实验室正式投入使用。有人说这是“中国速度”，我说，这也是“清华速度”。从此，我和清华大学的专家们开始了在我国锦屏山地下实验室开展暗物质的侦测工作，与四川大学、南开大学、原子能研究院等单位的同行们共同建立了CDEX暗物质实验研究合作组。CDEX合作组在国内国际刊物上多次发表研究成果，短短几年内就走到世界暗物质实验研究的前列，让我十分欣慰。

在实验室建设施工中，在实验设计和设备的建造中，不免会遇到各行各业的人员，有老师、学生，也有工人和普通市民。当他们听说“暗物质”后都好奇地问这问那。当离开建设地下实验室的工地时，工人们好奇地问我们暗物质是什么样的？还说“告诉我们，好让我们看到通知你们……”这也许是开玩笑，但也不乏对暗物质的兴趣。在成都大学宾馆的电梯里偶遇几位旅游者，也在好奇地谈论暗物质“听说四川有暗物质……”。在国外的一些产品包装盒上也标有“暗物质”的字样，比如在清华大学我们的办公室里还保存了一瓶印有“暗物质”商标的红酒。

在过去的几年里，有十多所大学或研究所邀请我去给大学生或研究生做有关“暗物质”的通俗讲座或科学报告。报告过程非常热烈，结束后许多人还舍不得离开，有提问题的，有想办法的，也有提建议的……。虽然在国内外一些学报或报刊上也有不少有关暗物质方面的介绍，但大多篇幅所限，很难做到全面、系统、图文并茂又能由浅入深地讲解暗物质的来龙去脉。于是我就萌生了写这本通俗读物的念头。希望通过对本书的阅读，对暗物质有兴趣的读者能有所收获，也希望能有更多的人对“暗物质”产生兴趣，开阔眼界并从中受益。本人知识有限，再加上时间仓促，书中不免有误，敬请见谅。

本书的写作得到清华大学李元景老师、李玉兰老师的极大支持和鼓励，并在出版工作方面大力协助。岳骞老师对书的写作提出不少建议并做了许多修正。本人在此表示感谢。兰江西女士在图稿、表格收集整理工作外，承担了全部家务，让我集中力量写作，在此表达对她的感激之情。

2017年3月