中國科學家正在四川錦屏山地下2400米的暗物質探測地下實驗室,進行一項科研項目,尋找暗物質的存在證據,試圖找到弱相互作用大質量粒子(WIMPs)存在的證據,它佔據了宇宙總物質的80%。
這個粒子和天體物理學氙氣試驗項目(簡稱PandaX)於今年初開始收集數據,希望能找到暗物質粒子的證據。PandaX項目是在世界最深之一的實驗室中進行,遠離會導致錯誤信號的輻射源,它上面的岩石主要是大理石,不存在多少輻射材料。這項計劃由上海交通大學牽頭,上海應用物理研究所、山東大學、北京大學、美國密歇根大學、馬里蘭大學和雅礱江水電開發公司聯合參與。
中國團隊的加入,顯然使世界上暗物質的研究者受到很大的鼓舞。之前,世界最好的地下實驗室是位於意大利的GRANSASSO地下實驗室,在那裡進行的Xenon100實驗,由意大利、美國、日本等國際團隊共同加入,上海交通大學也是參加實驗的單位之一。
根據目前最完善的理論,儘管萬有引力和弱核力的存在,但它們只與普通物質相互作用。如果弱相互作用大質量粒子擊中普通物質的原子核,它可能引發其它粒子發光。然而粒子的規模決定這些現象將極其罕見。進行這項研究的錦屏地下實驗室位於2400米岩石下的一座18公里隧道的中部,這將可避免研究人員搜集到錯誤的數據。
在實驗室內部,一座裝有液態氙氣的巨大水箱維持在極低的溫度下。如果一顆弱相互作用大質量粒子擊中內部的氙氣原子核,就會發射出光子和電子,這兩種粒子都將被研究人員探測到。對比兩種信號可以使研究人員精確查找到水箱內發生這一現象的位置,在水箱中心的相互作用比邊緣更加可信。
按照計劃,設備最遲在2016年升級到1噸液氙的量級。運用同樣方法進行探測的意大利Xenon100試驗,原本被認為最有希望出成果,卻在2012年宣佈沒能找到暗物質,甚至一度懷疑暗物質的存在。但該實驗室去年宣佈,將提前把液氙的量級提升到1噸的量級,使實驗的精度提升100倍。
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