科学探索|世界上最敏感的暗物质探测器“提供了第一个有希望的结果” 世界上最敏感的暗物质探测器

据CNET报道，在南达科他州的地貌中坐落着美国最深的地下实验室，这是一个地下1490米的先进科学洞穴，名为桑福德地下研究设施(SURF) 。在这里进行的实验和人们想象的一样神秘：诸如中微子物理学、宇宙射线探索、核聚变反应等。其中一项实验被称为LUX-ZEPLIN，即大型地下氙气和液体惰性气体中的分区比例闪烁实验。它依赖于一个巨大的、白色的、圆柱形的、看起来非常无菌的设备，该设备矗立在其中心。这台机器是一个暗物质检测器。

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而在周四，由 250 名专家组成的国际团队、LZ 实验的科学家们宣布了一项相当大的更新。这个巨大的粒子“猎手”已经正式启动，成功通过了启动操作的检查阶段，并交付了它的第一个科学成果。
不过，这些结果并不是我们进入暗物质的镜头。然而，它们确实证明了LZ确实在工作--事实上，它是如此之好，以至于该团队称其为 “世界上最敏感的暗物质探测器” 。它比它的前身大型地下氙气实验（LUX）至少大30倍，对发现暗物质信号的敏感度高100倍，而且它在地下足够深，以防止宇宙射线等背景噪音干扰科学观测。

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“考虑到我们几个月前刚刚打开它，而且是在COVID限制期间，我们已经有了如此重大的结果，这令人印象深刻，”LZ物理学协调员和劳伦斯伯克利国家实验室成员Aaron Manalaysay在一份声明中说。
这些结果是基于仅仅60天的数据，但在未来几年，LZ准备捕获大约20倍的数据。LZ发言人、加州大学圣巴巴拉分校的Hugh Lippincorr在一份声明中说：“我们才刚刚开始。”
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什么是暗物质，LZ将如何找到它？
暗物质，正如它的名字所示，不发出任何光。它不传递任何信息。从本质上讲，把暗物质想象成透明的、难以捉摸，与人类的视觉不相容。
但是，尽管暗物质是隐秘的，它似乎确实与我们所知道的、用我们的眼睛看到的物质相互作用。
宇宙只是比我们的物理学预测的速度快得多，而且星系奇怪地被固定在一起，尽管它们旋转得如此之快，你会期待它们里面的所有恒星像旋转木马上不正常的木马一样甩出去。因此，除非我们的物理学知识是错误的--或者是被欺骗了，以为我们是安全地固定在银河系中--否则一定会有一个超出我们现有方程式的解释。
这就是暗物质开始发挥作用的地方。
科学家们把推动宇宙分离的任何额外的东西称为暗能量，而把星系固定在那里的物质称为暗物质。这些神秘的现象估计占宇宙中物质的95%之多。而LZ的任务就是要找到其中的一些。
简而言之，LZ实验正在寻找一种特定类型的理论粒子，称为 “弱相互作用的大质量粒子” 。这是一种电磁学上的中性粒子--意味着它既不像质子那样是正的，也不像电子那样是负的--通常被假设为构成了宇宙中大部分的暗物质。它也被归类为重粒子，考虑到它的首字母缩写：WIMP，这有点讽刺。
该计划基本上是要看看是否有可能捕捉到WIMP的行动，因为它与氙气原子相互作用。为了做到这一点，LZ机制包含两个钛罐，里面装满了10吨非常纯净的液态氙，Manalaysay解释说，这可以被其他粒子穿透。凭借一点运气和大量的精确度，研究小组希望能够捕捉到氙原子和那些其他入侵粒子之间的一些微弱的相互作用，因为这些粒子之一可能是一个WIMP 。它可能是暗物质。