近日，從四川錦屏山2400米山體深處傳來我國PandaX（熊貓計劃）二期500公斤級液氙暗物質(zhì)探測器運行的第一個物理結(jié)果：在3.3萬公斤.天的曝光量下，未發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)粒子蹤跡,，對可能的暗物質(zhì)候選對象得出了最新的限制,。這一探測的靈敏度處于當前世界最高水平。
于英國舉行的兩年一度的國際暗物質(zhì)大會上，上海交通大學(xué)鴻文講席教授、中國錦屏地下實驗室PandaX實驗負責人季向東博士正式公布了這一結(jié)果。
用氙原子作為探測靶子,，探測圍繞地球成千上萬億的暗物質(zhì)粒子。
PandaX暗物質(zhì)實驗是由上海交通大學(xué)牽頭,，北京大學(xué),、山東大學(xué)、中科院上海應(yīng)用物理研究所,、中山大學(xué),、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國原子能科學(xué)研究院和雅礱江流域水電開發(fā)有限公司等國內(nèi)多單位合作的首個大型液氙暗物質(zhì)地下直接探測實驗,。美國馬里蘭大學(xué)和密西根大學(xué)的科學(xué)家也參加了這個實驗,。實驗合作組由從馬里蘭大學(xué)回國的上海交通大學(xué)國家千人計劃專家季向東在2009年組建和領(lǐng)導(dǎo)。實驗室建在由清華大學(xué)和雅礱江流域水電開發(fā)有限公司開發(fā)的錦屏深地實驗室之中,。
根據(jù)最新天文學(xué)和宇宙學(xué)的研究,，暗物質(zhì)代表了宇宙中約85%的物質(zhì)含量。但是,，由于與普通物質(zhì)沒有直接電磁相互作用,，所以暗物質(zhì)不發(fā)光，類似于“幽靈”,，無法用通常的辦法看到,。
科學(xué)家們普遍認為，暗物質(zhì)粒子與普通物質(zhì)之間極有可能存在一種微弱的相互作用,。這個作用能使物理學(xué)家通過衛(wèi)星上的探測器,，如中國最近發(fā)射的“悟空”，或是借助發(fā)現(xiàn)上帝粒子的歐洲核子中心大強子對撞機和類似PandaX的深地暗物質(zhì)探測器來尋找暗物質(zhì),。但這個作用太過微弱,，暗物質(zhì)粒子可以輕松穿過地球，探測起來異常困難,。
通俗地說，PandaX實驗相當于織了一張目前最密的網(wǎng),，試圖捕捉暗物質(zhì)信號,。
PandaX實驗用氙原子作為探測靶子，采取“守株待兔”的方式，探測彌散在地球周圍的成千上萬億的暗物質(zhì)粒子可能碰撞到氙原子上而發(fā)生的微弱信號,。碰撞會轉(zhuǎn)化為氙原子的反沖能,，在探測器中發(fā)光、發(fā)電,。光和電信號都可以通過靈敏的光電管作為“事件”記錄下來,。
PandaX實驗首次采用了110個新型三英寸的光電倍增管來進行記錄。最新結(jié)果相當于3.3萬公斤的氙原子在一天時間內(nèi)沒有和這些暗物質(zhì)粒子發(fā)生過一次碰撞,，或者一公斤的氙原子在3.3萬天里沒有發(fā)生過一次碰撞,。這對可能的暗物質(zhì)粒子作出前所未有的實驗限制。而這些限制使暗物質(zhì)粒子的“性質(zhì)”越來越明確,，這對暗物質(zhì)理論研究提供了非常重要的信息,。
最困難的地方是，即便將實驗室建在2400米深的山體下,，探測器仍可能受到干擾,。
“在科研上，發(fā)現(xiàn)一條路和堵死一條路同樣重要,。”中國科學(xué)院高能物理研究所研究員張新民總結(jié)說,。
探測實驗最困難的地方是探測器中可能存在多種外來干擾。即使把實驗室建在2400米深的山體下,，用上百噸的高純材料把探測器層層包圍起來,，在從2016年3月到6月底近100天的運行中，PandaX探測器仍然記錄了約3000萬次的事件,。通過計算機數(shù)據(jù)處理進行甄別,，一一排除，只剩下一個發(fā)生在北京時間2016年6月11日3點3分6秒的“可疑事件”,。但細致分析的結(jié)果,，這個事件來源于探測材料的放射性，而不是暗物質(zhì),。
負責實驗數(shù)據(jù)分析的上海交通大學(xué)特聘教授劉江來表示,，利用一個全新的探測器對所有探測到的事件進行“模式識別”，用前所未有的精度來甄別暗物質(zhì)信號和背景“噪聲”,，也是一個很大的挑戰(zhàn),。
實驗所用的500公斤級探測器是PandaX合作組自主研發(fā)的，是全世界運行中最大的暗物質(zhì)探測器,，靈敏度也最高,。目前合作組還在繼續(xù)采集數(shù)據(jù)進行更高靈敏度的探測。
中國科學(xué)院院士,、中國科學(xué)院高能物理研究所原所長,、科技部“十三五”重大項目組組長陳和生表示,，PandaX二期實驗的最新結(jié)果表明，中國深地暗物質(zhì)探測實驗已經(jīng)處于國際領(lǐng)先水平,。
中國科學(xué)院院士,、中國科技大學(xué)教授、高能物理實驗學(xué)家趙政國說,，暗物質(zhì)實驗領(lǐng)域國際競爭激烈,，PandaX合作組利用短短100天的數(shù)據(jù)便得到了國際領(lǐng)先的對暗物質(zhì)和普通物質(zhì)作用的上限，難能可貴,。它表明,，中國的科學(xué)家在探索宇宙、探索自然的最尖端領(lǐng)域,，在中國本土也可以做出國際領(lǐng)先的成就,。（據(jù)人民網(wǎng)）