地下Xenon100实验逼近暗物质的藏身之处

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


一项主要的暗物质实验已经用其技术之网进行了一次扫荡,希望能捕捉到构成宇宙缺失质量的一些难以捉摸的粒子,但再一次,这张网空空如也。但是,在扫荡和错过中,Xenon100实验已经更接近于暗物质——这种被理论化为比宇宙中普通物质重五倍的不可见物质——可能隐藏的地方。

Xenon100,一个位于意大利地下深处的液氙罐,旨在识别罕见的情况,即环境暗物质粒子会从普通物质上反冲,这是一种微妙的碰撞,应该会产生微小的紫外线闪光和来自电离效应的轻微电荷。探测器的62公斤低温氙气受到多层铜、聚乙烯、铅、水以及上方一块厚厚的岩石板的屏蔽,以防止非暗物质污染,这块岩石板几乎可以阻挡所有宇宙射线。


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即便如此,探测器也会接收到一些欺骗性信号,例如来自实验装置内原子偶尔放射性衰变产生的杂散中子,以及来自放射性氪污染液态氙本身的电子。在2010年收集了100.9天的数据后,Xenon100仅记录到三个看起来像暗物质的命中,与预期的约1.8个此类事件的背景相比,这是一个微不足道的量。换句话说,该项目的研究人员报告说,“对3个事件的观察并不构成暗物质的证据”;这三个命中很可能只是背景噪声。由哥伦比亚大学的Elena Aprile领导的Xenon100合作组织在一篇于4月13日在arXiv.org在线发布的论文中报告了该实验的最新结果,arXiv.org是一个物理学预印本网站。

因此,Xenon100尚未发现任何暗物质的证据——至少目前还没有——但这种未探测到有助于排除该物质的某些参数,就假定的暗物质粒子的质量以及它与普通物质碰撞的频率而言。现在以90%的置信水平排除的暗物质粒子类型包括那些曾被认为是解释另外两个探测器记录的信号的候选者,即明尼苏达州的CoGeNT和意大利的DAMA,这让人怀疑这些信号是否是真正的暗物质命中。数据甚至排除了欧洲大型强子对撞机(LHC)可能寻找暗物质证据作为所谓的超对称粒子的部分区域,超对称粒子是标准基本粒子之一的假想重量级伙伴。

尽管最近一次对暗物质的扫荡空手而归,但Xenon100研究人员已经重返寻找。他们报告说,探测器现在正在采集更多数据,由于探测器中氪污染的减少,误报也减少了。

图片来源:Xenon100合作组织

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