关于某某暗物质探测的实验装置共建合同

关于某某暗物质探测的实验装置共建合同一、合作背景与科学目标暗物质作为宇宙物质的主要组成部分（约占宇宙总质量的85%），其本质探索是当代基础物理学和宇宙学的核心课题。近年来，极轻暗物质粒子（如轴子、类轴子粒子）成为国际研究热点，传统探测方法受限于灵敏度和环境噪声，难以覆盖关键参数区间。基于瑞士QROCODILE实验（量子分辨优化低能暗物质冷却天文台）和中国ChangE计划的技术突破，合作各方拟联合建设新一代暗物质探测装置，整合超导纳米线单光子探测（SNSPD）技术与混合自旋共振（HSR）系统，实现对0.01-1000赫兹宽频谱信号的高精度捕捉，目标灵敏度达到10-24eV/Hz1/2量级，为极轻暗物质粒子与普通物质的相互作用研究提供全新实验平台。二、实验装置技术参数2.1核心探测系统靶材料与传感器：采用三层结构设计，底层为硅化钨超导纳米线阵列（厚度50纳米，线宽100纳米），中层为氖-铷-钾混合气体室（体积1.2立方米，气压500托），顶层为金刚石NV中心量子传感器阵列（空间分辨率10微米）。其中SNSPD需冷却至0.1K（比绝对零度高0.1℃），通过库珀对断裂效应实现0.11电子伏能量沉积的探测；混合气体室通过“软磁套硬磁”结构实现千万倍磁噪声抑制。低温与真空系统：配备脉冲管制冷机（制冷功率1.5W@4K）与稀释制冷机（制冷功率20mW@0.1K），真空度维持在1×10-9帕斯卡，热稳定性控制在±1mK/小时。屏蔽防护：主探测器置于10米厚铅-聚乙烯复合屏蔽层内，外层包围7万加仑高纯度去离子水（电导率<0.1μS/cm），底部部署μ子veto探测器（塑料闪烁体+光电倍增管阵列），将宇宙射线背景压制至<0.1次/天。2.2数据采集与分析电子学系统：采用16通道低温前置放大器（噪声水平<1nV/√Hz），采样率10GS/s，数据吞吐量8TB/天，通过光纤传输至分布式计算集群。算法支持：集成档案似然比分析算法与量子态层析技术，实时处理可疑信号（如QROCODILE实验中每日一次的异常事件），并通过机器学习模型区分暗物质候选信号与放射性本底（如氡-222衰变产物）。三、合作方权责划分3.1牵头单位（中国XX大学）负责总体设计与工程集成，包括装置土建施工（地下实验室深度1500米，参考美国LZ实验选址标准）、低温系统采购与调试；主导混合自旋共振模式（HSR）技术的本地化适配，提供原子共磁仪核心专利（专利号ZL2024XXXXXX）的使用权；承担50%的数据分析任务，重点负责质子-电子耦合系数的参数拟合。3.2参与单位（瑞士苏黎世大学、以色列希伯来大学等）瑞士方提供SNSPD芯片设计图纸与超导制冷技术支持，需在合同生效后6个月内完成首批100片纳米线探测器的交付；以色列方负责开发方向敏感性分析模块，基于银河系暗物质晕运动模型（速度约220km/s）构建信号方向性筛选算法；德国亥姆赫兹研究所提供超低辐射光电倍增管（暗计数率<1Hz@-20℃），并协助建立探测器校准标准（使用22Na、60Co源进行能量刻度）。3.3第三方机构英国南安普顿大学提供微重力悬浮技术咨询（参考“乔维安-1”卫星实验方案），指导空间残余加速度对气体室稳定性影响的评估；中国科学院高能物理研究所负责数据中心建设，提供10PFlops计算能力的GPU集群（延迟<10ms）。四、资金分配与管理4.1总预算与来源项目总投资1.2亿美元，其中国家自然科学基金委资助5000万美元（占比41.7%），瑞士国家科学基金会出资3000万美元（25%），以色列科学基金会与德国亥姆赫兹联合会各出资1500万美元（12.5%），剩余1000万美元通过国际科学合作基金补足。4.2预算分配明细科目金额（万美元）说明探测器硬件4500SNSPD芯片（1200万）、混合气体系统（800万）、低温制冷机（1500万）等地下实验室改造2000含竖井开挖（800万）、屏蔽层建设（1200万）人力成本1800科研人员薪酬（100人×3年×6万美元/年）数据与运维1200计算集群（500万）、液氮/液氦耗材（700万）应急与不可预见费1500占总预算12.5%，用于技术迭代与设备故障维修4.3支付与审计首付30%（3600万美元）于合同签署后30日内支付，用于核心部件采购；中期验收（装置安装完成）后支付40%（4800万美元），需满足真空度、制冷温度等12项关键指标；尾款30%（3600万美元）于试运行6个月后支付，以数据质量报告（如背景噪声水平达标）为依据；设立联合审计委员会，每季度审查预算执行情况，禁止将资金用于非实验相关的设备采购（如通用办公电脑）。五、知识产权与成果共享5.1专利归属超导纳米线探测器相关专利归瑞士方所有，合作方可免费使用；混合自旋共振技术专利为中方独有，外方使用需支付净销售额3%的royalty（期限10年）；联合开发的方向性分析算法、数据处理软件等著作权由各方共有，任何一方单独发表需提前30日书面通知其他方。5.2论文发表实验首篇成果需以合作联合体名义发表于《物理评论快报》或《自然·物理》，作者排序遵循贡献度加权原则（中国方第一通讯单位，瑞士方第二）；数据开放遵循“双轨制”：原始数据仅向合作方开放（保存期限20年），经处理后的参数化数据（如耦合系数限制曲线）需在发表后6个月内向公众公开。六、进度计划与验收标准6.1里程碑节点T+6个月：完成地下实验室选址与地质评估（需通过岩芯强度测试，抗压强度>200MPa）；T+18个月：SNSPD探测器与混合气体室完成联调，实现单光子计数效率>95%；T+30个月：全系统试运行，连续100小时无故障运行，背景事件率<0.5次/天；T+36个月：正式投入科学运行，启动首个400小时数据采集（参考QROCODILE实验观测时长）。6.2验收指标灵敏度：在0.02meV轴子质量处，中子-电子耦合系数限制需优于1×10-26GeV-2；稳定性：连续72小时内，温度波动<±50μK，磁场噪声<10-15T/√Hz；数据产出：每年至少发表2篇SCI论文（影响因子>10），并向国际暗物质数据中心提交标准化数据集。七、风险与争议解决技术风险：若SNSPD探测器良率低于80%（目标90%），瑞士方需免费补供；若混合自旋系统无法达到设计灵敏度，中方需在6个月内提出改进方案，否则承担设备总价15%的违