美迄今最大暗物質(zhì)直接搜索實(shí)驗(yàn)設(shè)施竣工 研究人員目前正對其進(jìn)行測試

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)27日報(bào)道，美國能源部近日正式確認(rèn)，美國迄今旨在直接探測暗物質(zhì)的最大實(shí)驗(yàn)設(shè)施——LUX-ZEPLIN(LZ)竣工，研究人員目前正對其進(jìn)行測試。

暗物質(zhì)約占宇宙所有物質(zhì)的85%。我們知道它的存在是因?yàn)樘綔y到它對普通物質(zhì)的引力作用，但我們還不知道它究竟是“何方神圣”，弱相互作用重粒子(WIMP)和軸子都被認(rèn)為是暗物質(zhì)候選粒子。LZ是一項(xiàng)超靈敏的暗物質(zhì)搜索實(shí)驗(yàn)，將使用10噸液氙尋找WIMP與氙原子核相互作用時(shí)出現(xiàn)的閃光。

2012年，國際團(tuán)隊(duì)提出，將大型地下氙(LUX)項(xiàng)目和液態(tài)惰性氣體閃光實(shí)驗(yàn)(ZEPLIN)合二為一，組建世界上迄今最靈敏的WIMP探測項(xiàng)目——LZ。2017年美國能源部正式批準(zhǔn)最后設(shè)計(jì)方案，來自美國、英國等國37個(gè)研究機(jī)構(gòu)的200多位科學(xué)家和工程師將展開合作。

LZ的設(shè)計(jì)原理是，當(dāng)暗物質(zhì)粒子與液氙原子碰撞時(shí)，液氙腔內(nèi)的電子會向頂部飄移，迅速產(chǎn)生閃光。這些攜帶暗物質(zhì)粒子信號的光脈沖，會被排列在大型容器內(nèi)的光電倍增管捕獲。

LZ建于南達(dá)科他州桑福德地下研究中心內(nèi)，位于地下約1609米處。這一深度使其可以自然屏蔽不斷轟擊地球的宇宙射線(宇宙射線產(chǎn)生的“噪音”可能淹沒科學(xué)家正在尋找的WIMP與氙相互作用產(chǎn)生的信號)。此外，LZ的零件都是經(jīng)過單獨(dú)選擇并經(jīng)過測試的低輻射組件，以盡量降低背景噪音。

勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家西蒙·菲奧魯奇是LZ的運(yùn)營經(jīng)理，他說：“我們正在對探測器進(jìn)行調(diào)試，即所謂的‘測試階段’，并將在明年查看LZ提供的數(shù)據(jù)。”

研究人員解釋稱，LZ與其“前身”LUX實(shí)驗(yàn)差別較大。LUX使用約300公斤液態(tài)氙，而LZ將使用10噸液態(tài)氙。后者探測暗物質(zhì)粒子相互作用的靈敏度約為前者的100倍。