备受期待的暗物质更新将于下周发布

位于南达科他州的极具影响力的地下大型氙气实验,一种暗物质探测器,即将发布其首次结果

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从末端观察,大型地下氙气(LUX)实验中的光电倍增管阵列看起来像花床。希望它们能够捕获暗物质粒子与液态氙碰撞时发出的光芒。拥有 122 个探测管的 LUX 比暗物质搜索这一竞争领域中最接近的竞争对手灵敏得多 —— 而且在几天之内,全世界的物理学家将会知道这一优势是否产生了确凿的结果。

该项目位于南达科他州利德的桑福德地下研究设施,将于 10 月 30 日发布其首次研究结果。这些结果可能会揭示其他实验中看到的初步暗物质信号是否真实,并且还将为正在进行的关于在暗物质搜寻上应该花费多少时间和金钱的讨论提供信息。“潜力是存在的,整个社区都屏息以待地想看看他们观察到了什么,”伊利诺伊州芝加哥大学领导一个竞争性实验的物理学家胡安·科拉尔说。

位于意大利拉奎拉附近格兰萨索国家实验室的 XENON100 的负责人,纽约市哥伦比亚大学的物理学家埃琳娜·阿普里尔认为 LUX 没有看到暗物质。“在这个阶段,只能预期会得到零结果,”她说。LUX 发言人,康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学的物理学家丹尼尔·麦金西简单地说:“我们有一个工作得非常非常好的探测器。”


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LUX 在今年上线时,引发了激烈的辩论。科学家们从天文观测中了解到,宇宙中五分之六的物质是暗物质 —— 主要是通过它对明亮物质的引力拉动而为人所知 —— 但是直接探测它,在其假定穿过地球的过程中,尝试一直充满争议。

格兰萨索的 DAMA/LIBRA 实验(稀有过程的大型钠碘化暗物质)在 10 多年前报告了一个具有统计学意义的信号,但是物理学家尚未独立证实该结果。2010 年,位于明尼苏达州苏丹的相干锗中微子技术实验和位于加利福尼亚大学伯克利分校的低温暗物质搜索实验分别报告了可能存在暗物质的诱人但没有统计学说服力的线索;一年后,XENON100 没有看到该物质的迹象。这引发了关于该实验是否对其他两个实验可能瞥见的较轻的暗物质粒子敏感的激烈讨论。

LUX 进入了舞台,就在美国能源部决定应该为哪个暗物质实验提供资金进行扩展时,LUX 将会发布其首次结果。LUX 希望安装一个更大的、7 公吨的探测器,在一个名为 LUX–Zeplin 的拟议的 3000 万美元的项目中。麦金西认为,应该扩大此类实验的规模,直到它们达到物理极限 —— 当其他弱相互作用粒子的背景噪声变得无法承受时。“这是一个自然的分界点,”加利福尼亚大学欧文分校的理论物理学家乔纳森·冯表示同意。

暗物质的一个候选者是中性微子,这是一种由某些粒子物理超对称理论预测的粒子,在这种理论中,粒子与较重的对应物配对。正如冯所预期的那样,如果 LUX 将探测阈值设置为比 XENON100 的阈值高三倍左右,它将排除中性微子,并将理论努力转向其他候选者。“有难以置信的努力集中在中性微子上,因此即将到来的公告非常重要,”他说。

本文经《自然》杂志许可转载。本文首次发表于2013年10月22日。

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