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美迄今最大暗物质直接搜索实验设施竣工

来源:科技日报2020-10-29 09:11

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  科技日报北京10月28日电 (记者刘霞)据物理学家组织网27日报道,美国能源部近日正式确认,美国迄今旨在直接探测暗物质的最大实验设施——LUX-ZEPLIN(LZ)竣工,研究人员目前正对其进行测试。

  暗物质约占宇宙所有物质的85%。我们知道它的存在是因为探测到它对普通物质的引力作用,但我们还不知道它究竟是“何方神圣”,弱相互作用重粒子(WIMP)和轴子都被认为是暗物质候选粒子。LZ是一项超灵敏的暗物质搜索实验,将使用10吨液氙寻找WIMP与氙原子核相互作用时出现的闪光。

  2012年,国际团队提出,将大型地下氙(LUX)项目和液态惰性气体闪光实验(ZEPLIN)合二为一,组建世界上迄今最灵敏的WIMP探测项目——LZ。2017年美国能源部正式批准最后设计方案,来自美国、英国等国37个研究机构的200多位科学家和工程师将展开合作。

  LZ的设计原理是,当暗物质粒子与液氙原子碰撞时,液氙腔内的电子会向顶部飘移,迅速产生闪光。这些携带暗物质粒子信号的光脉冲,会被排列在大型容器内的光电倍增管捕获。

  LZ建于南达科他州桑福德地下研究中心内,位于地下约1609米处。这一深度使其可以自然屏蔽不断轰击地球的宇宙射线(宇宙射线产生的“噪音”可能淹没科学家正在寻找的WIMP与氙相互作用产生的信号)。此外,LZ的零件都是经过单独选择并经过测试的低辐射组件,以尽量降低背景噪音。

  劳伦斯伯克利国家实验室的物理学家西蒙·菲奥鲁奇是LZ的运营经理,他说:“我们正在对探测器进行调试,即所谓的‘测试阶段’,并将在明年查看LZ提供的数据。”

  研究人员解释称,LZ与其“前身”LUX实验差别较大。LUX使用约300公斤液态氙,而LZ将使用10吨液态氙。后者探测暗物质粒子相互作用的灵敏度约为前者的100倍。

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