1400米地下氙探測器實驗尋找暗物質失敗

為期90天的大型地下氙探測器實驗於30日結束。不幸的是，這項世界上最先進的暗物質搜尋實驗最終無果而終

LUX探測器採用白色聚四氟乙烯，能夠在更大程度上收集光信號。光電倍增管將記錄光信號。此外，LUX探測器還採用7萬加侖(約合27萬升)水，進一步保護探測器抵禦背景輻射

LUX探測器位於美國南達科他州一座廢棄金礦地下4580英尺(約合1400米)

負責探測光子信號的光電倍增管，安裝在LUX暗物質探測器的頂部和底部。它們將記錄暗物質粒子與氙原子核的撞擊位置和強度

暗物質是一種高能物質，在宇宙中的比重據信達到27%，是最大的物理學謎團之一。為了搜尋神秘莫測的暗物質，科學家進行了為期90天的大型地下氙探測器(以下簡稱LUX)實驗。這項世界上最先進的暗物質搜尋實驗於30日結束。不幸的是，科學家未能探測到暗物質。

LUX探測器位於美國南達科他州一座廢棄的金礦地下4580英尺(約合1400米)。30日，這項持續了90天的實驗最終無果而終。不過，科學家並沒有放棄，計劃在2014年製造一台靈敏度1000倍的類似探測器，繼續搜尋暗物質。

暗物質在宇宙中的比重達到27%。不幸的是，LUX實驗未能證實暗物質的存在。暗物質對解釋宇宙如何膨脹和星系間如何發生交互作用的理論至關重要。科學家相信一定存在暗物質，但並不清楚暗物質的形態或者能夠在什麼地方搜尋到這種神秘莫測的物質。天文學家能夠在理論上推測暗物質的存在。他們認為暗物質能夠對宇宙中的正常物質產生引力效應。

證實暗物質存在的一種方式便是藉助地下探測器，例如LUX，對穿過地球的暗物質粒子進行探測。科學家對位於地下深處的LUX探測器寄予厚望，希望能夠捕獲暗物質。據信，科學家搜尋的暗物質粒子就是大質量弱相互作用粒子。這種粒子會大量穿過正常物質，但我們卻一無所知。

無論是在理論上還是實際研究中，大質量弱相互作用粒子與正常物質的碰撞都非常罕見，極難探測。這是因為連續不斷的宇宙輻射會消減本就微弱的信號。除了安裝在地下這一有利位置外，LUX探測器周圍的岩石還被浸泡在超純淨水中，進一步保護探測器抵禦背景輻射。

LUX實驗的關鍵是一個6英尺(約合1.82米)高的鈦箱，內裝大約1/3噸的液態氙，温度被冷卻到零下150華氏度。如果大質量弱相互作用粒子撞擊一個氙原子，這個氙原子便會遠離其他氙原子，放射出光線和電子。電子會在電場的作用下向上移動並與鈦箱頂部的一個氙氣薄層發生交互作用，進而釋放出更多光子。鈦箱頂部和底部的光線探測器能夠探測到光子。科學家可以精確鎖定兩個光子信號的位置——一個位於撞擊點，另一個位於鈦箱頂部——誤差在幾毫米內。此外，科學家還可以根據信號亮度精確測量這種交互作用釋放的能量。

研究小組表示這一探測結果排除了其他探測器探測到暗物質的可能性。耶魯大學物理學家丹-麥肯錫指出：“對於LUX來説，這只是一個開始。現在，我們已經瞭解了這台探測器以及它的背景。我們將繼續收集數據，驗證更多的暗物質候選者。”

在桑福德實驗室進行新的暗物質實驗的計劃已經制定之中，這項實驗被稱之為“LUX-ZEPLIN”。LUX探測器使用1/3噸液態氙，LUX-ZEPLIN將使用7噸液態氙，裝在LUX使用的7.2萬加侖(約合27萬升)純淨水水箱中。LUX-ZEPLIN項目發言人湯姆-沙特表示：“LUX-ZEPLIN的靈敏度將達到LUX探測器的1000倍。這台探測器將觀測到一個無法削弱的微中子背景，可能達到我們測量暗物質能力的極限。”(孝文)