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世界上最敏感的暗物质探测器表现出创纪录的低放射性水平

2019-05-27

  第一次运行的结果表明XENON1T是地球上最敏感的暗物质探测器。探测器的敏感性 - 一个等待碰撞的地下哨兵将证实一个假设 - 源于它的大小和“沉默”。探测器采用岩石和水屏蔽,并采用先进的系统进行净化,显示出新的低放射性水平记录,比地球周围的物质低许多个数量级。

  “我们看到来自这个探测器的非常好的质量数据,它告诉我们它运行完美,”XENON1T协作成员Ethan Brown和伦斯勒理工学院物理学,应用物理学和天文学助理教授说道。

  暗物质被理论化为宇宙的基本成分之一,比普通物质丰富五倍。但由于它不能被看到而且很少与普通物质相互作用,它的存在从未得到证实。几项天文测量证实了暗物质的存在,导致全世界直接观察暗物质粒子与普通物质的相互作用。到目前为止,这种相互作用已被证明是如此微弱,以至于它们无法直接检测,迫使科学家们建造出更加灵敏的探测器。

  自2006年以来,XENON Collaboration在意大利Gran Sasso地下实验室(LNGS)运行了三个更加灵敏的液体氙探测器,而XENON1T是迄今为止最强大的企业,也是迄今为止最大型的探测器。液体氙中的粒子相互作用产生微小的闪光,探测器用于捕捉暗物质粒子与氙核碰撞的罕见场合的闪光。

  但其他互动更为常见。为了尽可能地保护探测器免受洞穴中的天然放射性的影响,探测器(所谓的液体氙时间投射室)位于浸没在水箱中的低温恒温器内。地下实验室上方的山峰进一步保护探测器免受宇宙射线的伤害。即使屏蔽了外界,污染物也会从探测器中使用的材料渗入氙气中。在他的贡献中,布朗负责一个净化系统,不断擦洗探测器中的氙气。

  “如果氙气很脏,我们就不会看到与暗物质发生碰撞的信号,”布朗说。“保持氙气清洁是这项实验的主要挑战之一,我的工作涉及开发新技术和新技术以跟上这一挑战。”

  Brown还帮助校准检测器,以确保可以正确识别记录的相互作用。例如,在极少数情况下,来自伽马射线的信号可能接近暗物质粒子的预期信号,并且适当的校准有助于排除类似的假阳性信号。

  在arXiv.org上发布的“XENON1T实验的第一次暗物质搜索结果”论文中提交出版,该合作介绍了2016年11月至2017年1月期间为期34天的XENON1T运行结果。虽然结果未检测到黑暗物质粒子 - 被称为“弱相互作用的大质量粒子”或“WIMP” - 记录低放射性水平与探测器大小的结合意味着未来几年具有极好的发现潜力。

  哥伦比亚大学教授兼项目发言人埃琳娜·阿普里尔说:“在地球上用超低背景大质量探测器探测暗物质的新阶段刚开始于XENON1T。” “我们很自豪能够凭借这款神奇的探测器走在竞赛的最前沿,这是同类产品中的第一款。”

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