[新民晚报·头版]中国大型探测实验组发表首批物理数据
物理和天文学家通过大量天文观测推断，宇宙中有大约27%的成分由一种有质量却与普通物质没有电磁和强相互作用的暗物质组成，在银河系，暗物质比熟知的普通物质多了20倍以上。地球及太阳系在银河系中的暗物质“雾霾”里运动，暗物质可以在地球等普通物质中穿梭来往，几无阻拦。因而，暗物质的本性之谜被普遍认为是21世纪物理和天文学中最具有挑战性的问题之一。
今天上午，上海交通大学发布实验组使用120公斤级液氙探测器获得的首批数据。这是中国科学家主导的首个百公斤级大型暗物质实验PandaX（熊猫计划）。根据数据，PandaX合作组的探测至今尚未发现任何暗物质事例，与一些其他实验发现的轻质量暗物质疑似信号不兼容，这或许为中国科学家寻找理论家所预言的、更有可能是较重质量的一类暗物质粒子带来机会。研究成果近日在《中国科学：物理学力学天文学》英文版和高能物理文献网发表。这一成果标志着中国在暗物质探测的前沿科学领域跨进了世界先进行列。
地下实验室建在最深洞
PandaX是“粒子和天体物理氙探测器”（Particle AND Astrophysical Xenon Detector）的英文简写，由上海交通大学牵头组织领导，包括中国和美国的六家研究机构和大学（山东大学、中科院上海应用物理研究所、北京大学、雅砻江流域水电开发有限公司、美国马里兰大学和美国密西根大学）的40多位研究人员参与。实验利用空气中提纯的惰性元素氙（Xe）作为探测媒介来寻找暗物质。该实验探测规模仅次于世界上最大的、位于美国南达科他州地下矿井中的一个同类实验LUX。
地球上无处不在的放射性是暗物质实验的主要困难，为了躲避宇宙射线的干扰，PandaX实验在世界最深的四川锦屏地下实验室进行，极深的山洞上方的岩石覆盖可以阻挡宇宙线的干扰。实验中，山洞岩石的放射性由一个100吨的聚乙烯、铅及高纯铜组成的屏蔽体来屏蔽。液氙内部的放射性元素氪被以蒸馏的办法降低到了低于百亿分之一的浓度。此外，探测器和屏蔽体所用的材料和光电倍增管，都预先经过放射检测站的检测和预选，以确保它们本身的放射性强度不会给实验探测造成显著的本底干扰。
实验场所于2010年由清华大学和雅砻江流域水电开发有限公司联合开发。由清华大学牵头的暗物质探测实验组CDEX，也在实验室利用低阈能的锗探测器进行轻质量暗物质探测。
探测实验未发现暗物质
此次PandaX用约120公斤的液态氙作为靶点子来探测，主要为了检验其他实验发现的轻质量暗物质疑似事例。从今年5月起，经过一个多月的运行，实验组设计和研制的120公斤级液氙探测器的灵敏度已被证实达到世界先进水平，能够对至今为止所有疑似暗物质探测实验所获得的数据信号进行高精度的验证。PandaX项目采用“二相型氙”技术捕捉暗物质粒子与氙原子核发生弹性碰撞而产生的微弱信号，利用这些信号可以区分来自暗物质或其他放射性所产生的事件。
本世纪以来，国际上相继开展了二十多个暗物质探测实验，利用暗物质和探测器的直接碰撞来寻找暗物质。特别是近几年来，意大利DAMA/LIBRA实验，美国CoGeNT和CDMS两个实验，以及德国CRESST实验先后宣称发现了疑似轻质量暗物质的信号。这些信号引起了科学界和公众的强烈兴趣。此次结果结合了低阈能和大曝光量两个优势，但是，合作组至今的探测尚未发现任何暗物质的事例，这对以往实验中所有发现的疑似信号提出了强烈的质疑。
PandaX能在如此短的探测时间内得出具有国际影响力的结果，关键在于使用了近十年来发展最迅速的液氙探测技术。在首次排除了较轻的疑似暗物质信号以后，PandaX将继续以更高的灵敏度寻找相互作用更微弱的轻质量暗物质。同时，科学家正在建造一个500公斤级的探测器，寻找理论家所预言的、更有可能是较重质量的一类暗物质粒子。
来源：《新民晚报》 2014.08.24 第A01、A04版