世界上最敏感的暗物質探測器“提供了第一個有希望的結果”

據CNET報道，在南達科他州的地貌中坐落着美國最深的地下實驗室，這是一個地下1490米的先進科學洞穴，名為桑福德地下研究設施(SURF)。在這裡進行的實驗和人們想象的一樣神秘：諸如中微子物理學、宇宙射線探索、核聚變反應等。其中一項實驗被稱為LUX-ZEPLIN，即大型地下氙氣和液體惰性氣體中的分區比例閃爍實驗。它依賴於一個巨大的、白色的、圓柱形的、看起來非常無菌的設備，該設備矗立在其中心。這台機器是一個暗物質檢測器。

而在周四，由 250 名專家組成的國際團隊、LZ 實驗的科學家們宣布了一項相當大的更新。這個巨大的粒子“獵手”已經正式啟動，成功通過了啟動操作的檢查階段，並交付了它的第一個科學成果。

不過，這些結果並不是我們進入暗物質的鏡頭。然而，它們確實證明了LZ確實在工作–事實上，它是如此之好，以至於該團隊稱其為 “世界上最敏感的暗物質探測器”。它比它的前身大型地下氙氣實驗（LUX）至少大30倍，對發現暗物質信號的敏感度高100倍，而且它在地下足夠深，以防止宇宙射線等背景噪音干擾科學觀測。

“考慮到我們幾個月前剛剛打開它，而且是在COVID限制期間，我們已經有了如此重大的結果，這令人印象深刻，”LZ物理學協調員和勞倫斯伯克利國家實驗室成員Aaron Manalaysay在一份聲明中說。

這些結果是基於僅僅60天的數據，但在未來幾年，LZ準備捕獲大約20倍的數據。LZ發言人、加州大學聖巴巴拉分校的Hugh Lippincorr在一份聲明中說：“我們才剛剛開始。”

什麼是暗物質，LZ將如何找到它？

暗物質，正如它的名字所示，不發出任何光。它不傳遞任何信息。從本質上講，把暗物質想象成透明的、難以捉摸，與人類的視覺不相容。

但是，儘管暗物質是隱秘的，它似乎確實與我們所知道的、用我們的眼睛看到的物質相互作用。

宇宙只是比我們的物理學預測的速度快得多，而且星系奇怪地被固定在一起，儘管它們旋轉得如此之快，你會期待它們裡面的所有恆星像旋轉木馬上不正常的木馬一樣甩出去。因此，除非我們的物理學知識是錯誤的–或者是被欺騙了，以為我們是安全地固定在銀河系中–否則一定會有一個超出我們現有方程式的解釋。

這就是暗物質開始發揮作用的地方。

科學家們把推動宇宙分離的任何額外的東西稱為暗能量，而把星系固定在那裡的物質稱為暗物質。這些神秘的現象估計占宇宙中物質的95%之多。而LZ的任務就是要找到其中的一些。

簡而言之，LZ實驗正在尋找一種特定類型的理論粒子，稱為 “弱相互作用的大質量粒子”。這是一種電磁學上的中性粒子–意味着它既不像質子那樣是正的，也不像電子那樣是負的–通常被假設為構成了宇宙中大部分的暗物質。它也被歸類為重粒子，考慮到它的首字母縮寫：WIMP，這有點諷刺。

該計劃基本上是要看看是否有可能捕捉到WIMP的行動，因為它與氙氣原子相互作用。為了做到這一點，LZ機制包含兩個鈦罐，裡面裝滿了10噸非常純凈的液態氙，Manalaysay解釋說，這可以被其他粒子穿透。憑藉一點運氣和大量的精確度，研究小組希望能夠捕捉到氙原子和那些其他入侵粒子之間的一些微弱的相互作用，因為這些粒子之一可能是一個WIMP。它可能是暗物質。