世界最大暗物質實驗首結果公布未發現粒子蹤跡

科技 07-23

上海科學家暗物質研究領先國際水平

上海交通大學鴻文講席教授、中國錦屏地下實驗室　Pan-daX（熊貓計劃）實驗負責人季向東博士7月21日在英國舉行的兩年一度的國際暗物質大會上正式公布了PandaX二期500公斤級液氙暗物質探測器運行的第一個物理結果，在3.3萬公斤/天的曝光量下，未發現暗物質粒子蹤跡，對可能的暗物質候選對象得出了最新的限制。

「守株待兔」探測暗物質

PandaX 暗物質實驗是由上海交通大學牽頭，國內多個合作單位包括北京大學、山東大學、中科院上海應用物理研究所、中山大學、中國科學技術大學、中國原子能科學研究院和雅礱江流域水電開發有限公司等參與的首個大型液氙暗物質地下直接探測實驗。美國馬里蘭大學和密西根大學的科學家也參加了這個實驗。

PandaX實驗用氙原子作為探測靶子，採取「守株待兔」的方式，探測彌散在地球周圍的成千上萬億的暗物質粒子可能碰撞到氙原子上而發生的微弱信號。碰撞會轉化為氙原子的反衝能，在探測器中發光、發電。光和電信號都可以通過靈敏的光電管作為「事件」記錄下來。PandaX實驗首次採用了110個新型三英吋的光電倍增管來進行記錄。最新結果相當於3.3萬公斤的氙原子在一天時間內沒有和這些暗物質粒子發生過一次碰撞，或者一公斤的氙原子在3.3萬天里沒有發生過一次碰撞。這對可能的暗物質粒子作出前所未有的實驗限制。

探測實驗水平國際領先

負責實驗數據分析的上海交通大學特聘教授劉江來表示，PandaX實驗就像是在織一個密不透風的「網」，織得越密，越有可能找到暗物質。「這次實驗我們用前所未有的精度來甄別暗物質信號和背景『噪聲』。PandaX 所用的500公斤級探測器是PandaX合作組自主研發的，在上海交通大學實驗室里建造，可以對一個光子或一個電子進行靈敏探測。這是全世界運行中最大的暗物質探測器，靈敏度也最高。」

中國科學院院士、中國科學院高能物理研究所原所長、科技部「十三五」重大項目組組長陳和生表示，PandaX二期實驗的最新結果表明，中國深地暗物質探測實驗已經處於國際領先水平。

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「幽靈」般的暗物質

代表宇宙中約85%物質含量

根據最新天文學和宇宙學的研究，暗物質代表了宇宙中約85%的物質含量。如果沒有暗物質就不會形成星系、恆星和行星，但是，由於與普通物質沒有直接電磁相互作用，所以暗物質不發光，類似於「幽靈」，無法用通常的辦法看到。但它卻能干擾星體發出的光波或引力，其存在能被明顯地感受到。