宇宙暗物質研究結果 暗物質依舊沒有下落

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隨著技術的進步，人們對宇宙的發現與揭秘越來越多，宇宙對於我們來說不再是最神秘的，可是宇宙中的至關重要的物質暗物質卻成為了一直以來我們所研究不破攻克不了的難題，不論是中國的計劃還是美國的種種實驗，都依然困難重重。

暗物質不發光，也不發射電磁輻射，肉眼看不見，卻代表了宇宙中約85%的物質含量，而科學界追尋「宇宙幽靈」始終不得蹤跡。北京時間7月21日晚，上海交通大學鴻文講席教授、中國錦屏地下實驗室PandaX（熊貓計劃）實驗負責人季向東博士在英國舉行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。這一探測的靈敏度處於當前世界最高水平。

無論是美國的地下氙探測器實驗（LUX），還是中國的 PandaX 液氙暗物質探測器實驗，都沒有發現暗物質粒子與氙發生的弱相互作用。暗物質佔到了宇宙物質的絕大部分，其構成至今不明，它不與普通物質發生相互作用，科學家認為暗物質粒子與普通物質相撞可能會產生弱相互作用，他們因此利用地底深處的氙去發現弱相互作用的跡象。

據悉，PandaX暗物質實驗是由國內多個合作單位參與的首個大型液氙暗物質地下直接探測實驗。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個新型三英寸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。而這些限制使暗物質粒子的「性質」越來越明確，為暗物質理論研究提供了非常重要的信息。

這種探測實驗最困難的地方是探測器中可能存在多種外來干擾，這些干擾也會產生光電信號。在從2016年3月到6月底近100天的運行中，PandaX探測器記錄了約3千萬次的事件，高效地進行甄別和排除，顯示出PandaX探測器在暗物質探測方面巨大的優越性。

此外，這次數據分析挑戰性最高的地方在於利用一個全新的探測器對所有探測到的事件進行「模式識別」，用前所未有的精度來甄別暗物質信號和背景「雜訊」。據悉，PandaX所用的500公斤級探測器是全世界運行中最大的暗物質探測器，靈敏度也最高。在該實驗首個100天的運行後，PandaX合作組正繼續採集數據進行更高靈敏度的探測，將在今後一個時期內領先世界探測水平。

LUX位於南達科他州 Homestake 金礦下1.5公里處，而PandaX位於四川錦屏山下2400米處。LUX在20個月的運行時間裡沒有探測到暗物質的弱相互作用。從2016年3月到6月底近100天的運行中，PandaX探測器記錄了約3000萬次的事件。通過計算機數據處理進行甄別，一一排除，只剩下一個發生在北京時間2016年6月11日3點3分6秒的「可疑事件」。但進一步分析發現這個事件來源於探測材料的放射性，而不是暗物質。

看來暗物質的研究想要有突破性的大進展還需要我們花費大量的時間去探索，畢竟對於現在的我們來說暗物質一切都是一個謎題，只有找到了突破口，有所突破了才能更好的進行下去。

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