[交大智慧]《物理学评论快报》发表上海交大主导首个暗物质探测结果

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上海交大主导的PandaX-II 暗物质探测国际合作组最近在物理学国际顶级学术期刊Physical Review Letters （《物理学评论快报》）正式发表了500公斤级液氙探测器低本底运行80天的暗物质探测结果。这是目前世界上正式发表的灵敏度最高、曝光量最大的液氙暗物质探测结果，对暗物质粒子的性质作出了最强的限制。这个结果比美国LUX合作组2015年正式发表的在大质量区原世界最灵敏结果好了近3倍。      

PandaX-II国际合作组于今年7月21日在英国举行的国际暗物质大会上公布了这个结果，7月26日投稿给《物理学评论快报》，8月17日就收到了接受发表的消息。该论文在9月19日以封面论文的形式正式发表。该文也经主编推荐为主编推荐（Editor’s Suggestion）论文。 在《物理评论快报》发表的论文中大约只有六分之一的论文会成为主编推荐论文。      

文章的主要结果如上面右图最下方红线所示，该图的横轴是暗物质粒子的未知质量，竖轴是暗物质粒子与普通粒子的碰撞截面。图中的蓝线是2015年美国LUX合作组发表的探测结果，红线是PandaX-II合作组实验所达到最新世界记录，由图可以看出，这个结果比美国LUX的探测结果在大质量区好了近3倍。      

PandaX合作组使用的二相型氙时间投影室技术是目前世界最先进的暗物质探测技术，近十年来，基于该技术的探测实验多次给出了世界上最好的暗物质探测结果，得到了越来越强的对暗物质与原子核发生自旋无关的弹性碰撞截面的上限。到2016年6月底，PandaX-II实验采集了接近80天的低本底暗物质探测数据，记录了超过2400万的事件。通过对这些数据进行分析和甄别，发现只有一个可疑的事例符合暗物质与原子核碰撞的特征，但实际上，它也与来自探测器自身材料的放射性导致的本底相符合，因而被排除。结合了2015年末实验19天试运行的数据，PandaX实验给出了对暗物质和普通物质散射截面的最强限制。虽然PandaX目前的探测灵敏度已进入到理论家预言的可以探测到暗物质的能区和灵敏度范围内，但离最终排除暗物质粒子为“弱相互作用重粒子”还差三个数量级。500公斤级的PandaX-II探测器是目前世界上运行中最大的暗物质探测器，目前PandaX-II探测器正在继续运行中。      

PandaX合作组的研究工作得到了上海交通大学985三期建设、国家自然科学基金、科技部重点研发计划、上海市科委和香港鸿文基金会的资助，并得到了中国锦屏地下实验室、中科院粒子物理前沿卓越创新中心和雅砻江流域水电开发有限公司的支持。