[东方早报]中美在最深实验室寻找暗物质[图]

　　暗物质指的是不发射电磁辐射，不与电磁波相互作用的物质。目前人们只能通过引力效应得知宇宙中存在着大量的暗物质。根据天文学和物理学的研究，宇宙物质可分暗能量、暗物质和可见物质三类，其中暗物质在宇宙成分中占大约27％。暗物质就像是雾霾，可以在普通物质比如地球中穿梭来往，几无阻拦。右图为科学家绘出的暗物质大型三维图。

　　在世界最深的四川锦屏地下实验室，由上海交通大学牵头组织、包括中国、美国的6家研究机构和大学的大型暗物质探测实验组PandaX（熊猫计划），正在“守株待兔”等待暗物质的出现。数月来，虽然他们尚未找到暗物质，却证明了从前一些疑似暗物质的信号，并非真正的暗物质信号。

　　PandaX是“粒子和天体物理氙探测器”（Particle AND Astrophysical Xenon Detector）的英文简写，利用在空气中提纯的惰性元素氙（Xe）作为媒介，来探测暗物质。

　　昨日，PandaX在上海交大发布了使用120公斤级液氙探测器所获得的首批物理数据。该研究成果已发表在《中国科学：物理学力学天文学》杂志和高能物理文献网上，标志着中国在暗物质探测这个前沿学科跨进世界先进行列。

　　PandaX的40多位研究成员除了来自上海交大，还来自山东大学、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、美国密西根大学。 首阶段尚未发现暗物质

　　昨日，PandaX合作组负责人、上海交通大学物理与天文系季向东教授表示：“PandaX有两大优势，首先是质量大，120公斤以上的液氙探测实验规模，仅次于世界上最大的、位于美国南达科他州的250公斤级探测；第二是高灵敏度达世界一流水平，能捕捉到非常微小的暗物质信号。”

　　今年5月开始的暗物质探测，PandaX记录了约400万个事例，但至今尚未发现任何暗物质。中科院院士、上海交大校长张杰解释说：“第一阶段的实验还没有发现暗物质，实验的突破在于，我们知道过去一些实验中发现的暗物质疑似信号，并非真正的信号。”

　　近几年来，意大利、美国、德国先后宣称发现了疑似轻质量暗物质的信号，但信号的真假之争一直没有答案。

　　 比可见物质多20倍以上

　　暗物质指的是不发射电磁辐射，不与电磁波相互作用的物质。目前人们只能通过引力效应得知宇宙中存在着大量的暗物质。

　　季向东介绍，根据天文学和物理学的研究，宇宙物质可分三类：暗能量、暗物质和可见物质，其中暗物质在宇宙成分中占大约27％，“暗物质就像雾霾，可以在普通物质比如地球中穿梭来往，几无阻拦。”

　　虽然看不见摸不着，但暗物质比普通的可见物质多了20倍以上，可谓是银河系真正的主宰。

　　“人类经过100多年的努力制作出元素周期表。一般认为，所有物质都是由元素周期表里的物质组成的，但是暗物质不在元素周期表里。暗物质的存在说明，还有新的元素有待发现，而新元素意味着一场新的物理天文革命！”季向东说。

　　 探测好比“守株待兔”

　　暗物质与普通物质间的相互作用非常微弱，但它在穿过普通物质时，却有可能将普通物质的原子撞飞。因此，暗物质的直接探测法就是“观察被撞飞的原子”。

　　季向东将此形容为“守株待兔”：普通物质的原子是一棵棵树，暗物质好比是兔子。由于运动的暗物质众多，总有一些“不幸的”暗物质兔子撞到树上，被科学家给“抓住”。

　　然而，正如兔子撞树的概率非常小，暗物质撞飞普通物质原子的可能性也是微乎其微。季向东说：“我们身体里大约有1024个原子，每秒钟穿过我们身体的暗物质粒子有上亿个。在一天里，暗物质撞飞普通物质的原子数不到1个。”

　　PandaX实验利用在空气中提纯的惰性元素氙作为媒介，直接探测暗物质。为避免宇宙线的干扰，探测工作在四川锦屏地下实验室进行。该实验场所在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，利用建设水电站而修建的锦屏山隧道建成，不仅是世界最深，也是最“干净”的实验室，高能量的宇宙线能够被尽可能地屏蔽。

　　 将寻找更微弱的暗物质

　　在首次排除了较轻的疑似暗物质信号后，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，合作组正在建造一个500公斤级的探测器，寻找理论家所预言的、较重质量的一类暗物质粒子。

　　张杰说：“PandaX实验承载着大学最本质的精神，那就是探索全人类希望知道的东西。即使花了10年仍未找到暗物质，我们也要带着好奇心继续前行，因为大学有责任推动民族的崛起、人类社会的发展。”

来源：《东方早报》 2014.08.25 第A9版

原文： 中美在最深实验室寻找暗物质