将建在霍姆斯特克金矿山中的美国科学和工程学深地实验室的示意图

作者：王丹红

位于美国南达科他州的霍姆斯特克金矿山是北美历史最悠久、埋藏最深的矿山，拥有130年历史，纵深达2500米，相当于6.5座帝国大厦叠加的高度。2007年7月10日，美国国家科学基金会（NSF）宣布，如果NSF投资5亿美元建造一座世界最深的科学和工程学深地实验室（DUSEL），那么这个实验室将建在已废弃的霍姆斯特克金矿山中，结束了长达6年的选址之争。

据《科学》杂志在线新闻报道，历史上首次观测太阳中微子的实验正是在霍姆斯特克金矿中进行的。20世纪60年代，美国物理学家雷蒙德·戴维斯（Raymond Davis Jr.）在这座金矿的1500米深处设置了一个注满615吨四氯乙烯液体的巨大探测器。1968年，他的团队报告捕捉到来自太阳的中微子，开创了“太阳中微子问题”研究先河。在随后30年的探测中，他们共捕获到约2000个太阳中微子。戴维斯因在天体物理学，特别是宇宙射线中微子探测方面的先驱性贡献，荣获2002年诺贝尔物理学奖。

2000年9月，霍姆斯特克金矿的拥有者——加拿大的巴利克黄金公司宣布关闭矿山；2001年6月，美国科学家向NSF提议：将这座世界最深的金矿改造为世界级地下实验室，以开展物理、地理和极端条件下的生物学研究。长期以来，美国研究人员尤其天体物理学家渴望拥有足够深的地下实验室来屏蔽宇宙射线干扰。由于缺乏资助，许多科学家在20世纪80年代被迫将学生送往日本、意大利等拥有更佳地下实验室的国家。霍姆斯特克金矿的关闭为他们带来了希望。

科学家的建议得到了重要政治人物的支持，包括国会参议院多数党领袖、南达科他州民主党人汤姆·达施勒（Tom Daschle）以及南达科他州州长比尔·詹克洛（Bill Janklow）。他们设想未来实验室可兼作IMAX影院和旅游景点，并将其视为经济和教育的“母矿”。南达科他州民主党参议员蒂姆·约翰逊（Tim Johnson）作为参议院负责监督NSF预算的拨款委员会成员，要求在下年度拨款1000万美元维持金矿运营，以便科学机构启动时矿山仍可用。

然而，选址谈判一波三折。巴利克黄金公司要求美国政府承担安全、环保等责任，谈判陷入僵局。同时，研究人员提出多处候选地址。2005年7月，NSF从8个提名地址中选出两个最终候选：霍姆斯特克金矿山和科罗拉多州的亨德森矿山，这引发了西雅图华盛顿大学研究人员的批评（其申报的地址落选）。2006年，NSF重新开放竞标，华盛顿大学和明尼苏达大学的研究人员提议将实验室建在明尼苏达州北部的苏丹矿山。

经过多轮同行评估，霍姆斯特克金矿山最终胜出。研究人员认为，该矿能提供极佳实验条件，最深可达地下2400米。南达科他州已投资3500万美元用于矿山巩固，并承诺承担安全责任。一位私人捐资者提供7000万美元。南达科他州计划于2008年初开放1500米深的浅层空间作为临时实验室。

即使此前持批评态度的人也对此结果表示满意。华盛顿大学的一位物理学家说：“我们小组认为，NSF今年的选址工作很全面，支持这一决定。”

但DUSEL的建设并非易事。未来3年中，霍姆斯特克金矿小组需每年获得500万美元经费才能完成概念设计。该项目还必须与NSF批准的其他项目竞争。加州大学伯克利分校物理学家凯文·莱斯科（Kevin Lesko）作为项目负责人，希望于2011年获得建设拨款。

【后续发展】事实上，霍姆斯特克金矿最终并未按原计划建成DUSEL，而是转型为桑福德地下研究设施（Sanford Underground Research Facility，SURF）。SURF自2012年起逐步投入使用，专注于暗物质探测、中微子物理、地质学和地下生物学等领域。其中，大型地下氙（LUX）实验已取得重要暗物质探测成果，未来还将承担长基线中微子设施（LBNF）的实验任务。这一设施不仅延续了戴维斯开创的中微子研究传统，更成为全球地下科学研究的标杆。