[文汇报]中国PandaX计划实验结果表明所谓轻质量暗物质并不存在

      中国科学家的PandaX计划（熊猫计划），是“粒子和天体物理氙探测器”（Particle AND Astrophysical Xenon Detector）的英文简写。该实验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），共有40多位研究人员参与。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。
　　科学家和天文学家通过大量的天文观测，推断出宇宙中有大约27%的成分由一种有质量却与普通物质几乎没有电磁和相互作用的暗物质组成。在银河系里，暗物质比熟知的普通物质多20倍以上。地球以及太阳系在银河系中由暗物质组成的“雾霾”中运动。暗物质可以在普通物质中，比如地球中穿梭来往，几无阻拦。
　　“暗物质的存在意味着新的物理体系的建立，因为在元素周期表中，并没有暗物质这一元素”，课题组负责人、上海交通大学物理系教授季向东介绍，“然而，在希格斯粒子被发现以后，已经完备的粒子物理标准模型中仍然无法找到暗物质的解释。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。”
　　PandaX计划今年5月启动的实验，利用在空气中提纯的惰性元素氙（Xe）作为探测媒介来寻找暗物质。“因为暗物质可以和普通原子发生概率微乎其微的碰撞，使得原来静止的原子飞起来。”季向东教授介绍说:“我们身体中有10的23次方个原子，每秒穿透我们身体的暗物质有10亿个。每天，身体内被暗物质撞飞的原子不到一个，但被宇宙射线和各种本底辐射撞飞的身体内的原子却有10万个以上。”这也是为什么PandaX课题组把实验室设在四川锦屏山隧道下的原因，因为“每下降1000米等效水深，宇宙射线干扰就减少10倍。”该地下实验室进行的另外一个暗物质探测实验，是由清华大学牵头的暗物质探测实验组CDEX，利用低阈能的锗探测器进行轻质量暗物质探测。CDEX也在今年发布了探测结果，对CoGeNT所探测到的疑似信号提出质疑。
　　PandaX合作组首期实验用约120公斤的液态氙作为靶点子来探测，其主要目标是检验其他实验发现的轻质量暗物质疑似事例。“因为惰性气体氙气在零下100摄氏度时变成了液体，就仿佛是一片稠密的森林。而那些不断穿过液氙的暗物质一旦撞到液氙的原子上，就会发光发电或者发热，就仿佛树会摇动，而这些都是可以放大观测到的。”
　　这个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。
　　即使通过各种办法来减少本底，在今年5月份开始的暗物质探测数据中，PandaX探测器记录了大约400万个事例，在暗物质可能产生的能区中有大约1万个事例，而在探测器最“安静”的中心——37公斤液氙中只有46个事例。通过和放射源的定标比较，这最后的46个事例全部来自于放射性本底，没有任何暗物质留下的痕迹。PandaX此次结果结合了低阈能和大曝光量两个优势，对以往实验中所有发现的疑似信号提出了强烈的质疑。

来源：《文汇报》 2014.8.25 第7版

原文： 中国PandaX计划实验结果表明所谓轻质量暗物质并不存在