科学探索|世界上最敏感的暗物质探测器开始加入寻找WIMPs的行列世界上最敏感的暗物质探测器

世界上最敏感的暗物质探测器已经启动并运行以准备解决宇宙中最令人困惑的谜团之一。LUX-ZEPLIN（LZ）实验的灵敏度至少是其前身的50倍，它静静地潜伏在地下一英里处并等待这些假想粒子的迹象。

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【科学探索|世界上最敏感的暗物质探测器开始加入寻找WIMPs的行列】一个世纪以来，科学家们已经意识到，我们对宇宙的观察跟标准模型的预测不一致。越来越多的证据表明，有大量的不可见物质影响着我们通过引力可以看到的东西。但令人沮丧的是，这种所谓的“暗物质”仍没有被直接探测到。
而这并不是因为缺乏尝试。几十年来，许多实验都在以各种方式寻找信号，但却一直没有得到任何消息。不过，无效的结果并不是完全被淘汰--每一个结果都有助于排除具有某些质量或其他特性的候选粒子并缩小下一代暗物质探测器的狩猎范围。
而现在，最新一代的探测器正在启动。顾名思义，LUX-ZEPLIN实验是之前两个实验LUX和ZEPLIN的继承者，但这个实验对可能的暗物质信号的敏感度至少是其前身的50倍。
LZ正在寻找一种特定类型的暗物质候选者--被称为弱相互作用大质量粒子(WIMPs)，据推测，这些粒子在早期宇宙中被创造出来，现在仍会在周围游荡。如果是这样，它们将通过引力和弱核力跟普通物质相互作用并产生跟暗物质相关的天文异常现象。
当这些WIMPs在宇宙中漂移时大多会无视正常物质并直接穿过整个行星--甚至是我们。但偶尔，它们会撞上一个原子核并产生一个信号，这个信号用合适的设备就可以探测到。
而LZ就是合适的设备。该实验涉及到一个巨大的原子体积供WIMPs碰撞。其目标是一罐超纯的液态氙，如果被一个游荡的WIMP干扰，它就会发出一道闪光并将一个电子打散，这两种情况都能被罐内的传感器接收到。该设施建在地下1.5公里处并被包裹在一个大水箱中以防止中子等其他粒子产生假阳性反应。

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这是LUX和ZEPLIN都使用的相同的基本装置，但LZ有一些新的技巧。首先，罐子本身要大得多--原来的LUX使用370公斤的氙气进行主动探测，而LZ装了7吨，这大大提高了其灵敏度。
为了帮助将旧粒子产生的事件跟潜在的突破性WIMP探测区分开来，外水箱还包含一个新的传感器阵列，可用于探测已知粒子何时飞过。这样一来，在氙气中伴随着水里的信号的任何事件就可以被排除在暗物质探测之外。

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所有这些进展使LZ的灵敏度是其前身实验的50多倍，另外其还获得了目前世界上最敏感的暗物质探测器的称号。
LZ从2021年12月开始进行了60天的测试运行，在这段时间里，它没有检测到任何超出预期背景噪音的过量事件。但这只是一个开始，该实验预计将在其生命周期内收集1000天的数据。也许等到它完成的时候，我们可能最终对这个宇宙之谜有一个答案。