大型暗物质探测器早期结果对早期声称提出质疑

意大利的XENON100探测器本应能够证实先前的暗物质信号

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一项在意大利地下实验室深处寻找暗物质信号的实验,在早期运行的11天内没有发现候选信号,实验合作团队在周一在线发布的一篇论文中报告了这一结果。据该团队称,名为XENON100的地下探测器最近才开始采集数据,但已经对先前关于暗物质信号的声称和暗示提出了挑战,该团队在物理学预印本库arXiv.org上发表了他们的发现。

XENON100是许多低温地下探测器之一,旨在探测预期的由经过的暗物质粒子与探测器材料(在本例中为液态氙)的原子之间罕见碰撞引起的细微反冲效应。长期以来,人们一直认为暗物质可以解释宇宙最大尺度上事物的外观与行为之间的差异——例如,星系团中的星系运动起来就好像它们包含的质量比它们看起来要多得多。大量证据支持这样一种观点,即原子和分子仅代表宇宙中具有引力相互作用的质量的一小部分。

然而,直接探测暗物质粒子已被证明是难以捉摸且备受争议的。在与XENON100位于同一地下意大利实验室的DAMA(暗物质的缩写)实验中工作的研究人员,多年来一直声称他们已经通过发现地球在轨道上运动时——并且,据推测,穿过包围银河系的暗物质粒子晕——的年度波动来识别出暗物质

实验合作团队认为,凭借其高灵敏度,如果DAMA的解释是正确的,XENON100应该已经看到了一些东西。布朗大学物理学家理查德·盖茨克尔致力于更大的基于氙的暗物质探测器LUX(大型地下氙探测器),他预计该探测器将于明年在南达科他州地下安装,他说DAMA的结果尚未得到其他搜索的证实。“一直很难获得任何支持将DAMA实验解释为粒子暗物质的结果,”盖茨克尔说。

麻省理工学院物理学家彼得·费舍尔说,程序问题也使声称的探测蒙上阴影。“至少可以说,DAMA合作组织一直很难相处,”费舍尔说。“人们对他们的设备和数据质量检查提出了许多问题,但他们并不坦诚。这在一定程度上导致人们不相信他们的结果。”*

去年年底,另一个追逐暗物质的研究小组也宣布了一个有趣的信号。在明尼苏达州的地下探测器CDMS上工作的物理学家,在12月份表示,他们已经记录了两个来自暗物质的潜在命中。当时,他们小心地指出,“结果不能被解释为这种相互作用的重大证据”,并且其中一个或两个都可能是背景噪声。“他们看到两个事件的事实很可能只是背景中的一个简单的统计波动,”盖茨克尔说。“这是最可能的解释。”

暗物质的寻找仍然是完全开放的——正如费舍尔上个月在一次公开讲座中预测的那样,“发现它的人将很快前往斯德哥尔摩”,那里是诺贝尔奖的颁发地。

盖茨克尔说,早期的XENON100数据为基于惰性液体的新一代大型探测器带来了好兆头,包括他自己的即将实现的项目。“在仅仅11天的曝光中,他们已经能够达到CDMS的灵敏度,而CDMS需要超过12个月的数据才能获得相同的暗物质搜索灵敏度,”盖茨克尔说。“相比之下,更大的LUX探测器将在不到36小时内达到相同的灵敏度。”

*更新(下午 4:20):本段在初次发布后添加。

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