[上海观察]2400米地下搜“幽灵”：世界最大暗物质实验浮现隐形结果[图]

如果说探测器中的氙原子液体是平静的大海，那么这段时间并没有捞到什么暗物质的“鱼”，但正将探测的“网”织得越来越密。事实上，这使暗物质粒子的“性质”越来越明确，可以理解为它们作为“物质幽灵”的身形比此前想象得更为弱小。 

在宇宙间，人类可见的普通物质不足5%，大部分的物质都是无光无影的暗物质——目前全球几十个顶尖实验室正在搜寻这一物质世界的“幽灵”。今天在英落幕的两年一度“国际暗物质大会”传出信息：中国主导的PandaX（熊猫计划）二期实验，在2400米深度的山体隧洞中，利用半吨级暗物质探测器，获得了百日运行的第一个物理结果。 

当天，与会报告的中国锦屏地下实验室PandaX负责人、国家“千人计划”专家、上海交大季向东教授连线记者称，在相当于3.3万公斤氙原子的日均曝光量下，暂未发现暗物质粒子踪迹；但同时证明这项探测的灵敏度处于当前世界最高水平，对可能存在的暗物质候选对象作出了最新的物理限制。 

面对探索结果形成的限制曲线，从事暗物质研究数十年的中科院高能物理研究所张新民研究员在沪向记者表示，“这一条线表明，哪些区间不应该有暗物质存在，由于具备了这样的实验发现能力，因此也可能明天或今后每一天都有可能发现暗物质。” 他认为，排除区间越多，剩余区间越少，“这时堵住一条路与发现一条路同样重要”。 

深暗山洞排除普通万物光电信号

根据宇宙学最新研究，暗物质粒子与普通物质之间极有可能存在一种微弱的相互作用，但这个作用太过微弱，暗物质粒子可以轻松地穿过地球，不发生什么“反应”，这使暗物质探测异常困难。天文和物理学家通过卫星探测器，如中国发射的“悟空”卫星，或发现“上帝粒子”的欧洲核子中心对撞机，或类似PandaX的深地暗物质探测器来搜索暗物质。 

为此，PandaX实验设在最幽暗的深洞内，极尽所能排除各种普通物质产生的光电信号干扰。在四川雅砻江流域水电开发中，一条17公里长的隧道穿越人迹罕至的锦屏山，而PandaX实验室就在隧道中央，被2400米高的厚实山体所覆盖。主体设施500公斤级探测器由PandaX合作组自主研发，在上海交大实验室建成，可以对一个光子或一个电子进行灵敏探测。这也是全世界运行中最大的暗物质探测器。 

张新民研究员比方说，“我们看不见暗物质如幽灵般的隐形人，但他们也会撞到我们，根据被撞到的感觉，可以反推隐形人的身高体重。”PandaX实验用液体状态的氙原子作为探测靶子，采取守株待兔方式，探测弥散在地球周围成千上万亿的暗物质粒子，可能碰撞到氙原子上而发生的微弱信号。这些碰撞会转化为氙原子的“反冲能”，在探测器中发光、发电，这些光电信号通过灵敏的光电管作为“事件”记录下来。 

渔网越织越密捕捞弱小隐身幽灵

负责实验数据分析的上海交大特聘教授刘江来介绍，尽管探测器已用上百吨的高纯材料层层包围，对暗物质探测毫无影响，但从今年3月到6月底运行中，探测器已记录了约3000万次的光电事件。但这些事件高效地通过计算机数据处理进行甄别，结果被一一排除，也就是说它们都不是暗物质碰撞。由于国际竞争的紧迫性，PandaX分析团队放弃了所有周末休息，每天花14小时以上分析和讨论，在极短时间内完成了海量数据分析。 

如果说探测器中的氙原子液体是平静的大海，那么这段时间并没有捞到什么暗物质的“鱼”。但刘江来22日晚告诉记者，他们正将探测的“网”织得越来越密，可以说目前的网格大小只有“10的负46次方”平方厘米，这一“密度”比上一期实验小10倍，比去年美国同类型的LUX实验小两倍，并将在今后一个时期内领先世界探索水平。参加国际暗物质大会的各国科学家也对PandaX实验组取得的结果反应热烈，美国能源部主持暗物质项目的官员萨拉蒙博士表示“令人震惊”。 

专家认为，这些对暗物质粒子前所未有的实验限制，事实上使暗物质粒子的“性质”越来越明确，可以理解为它们作为“物质幽灵”的身形比此前想象得更为弱小。中科大教授、高能物理实验学家赵政国院士表示，在这个竞争如此激烈的领域，PandaX团队利用短短100天的数据便得到了国际领先的暗物质和普通物质作用的上限，难能可贵——这表明中国科学家在探索宇宙、探索自然的最尖端领域，且在中国本土也能做出国际领先成就。 

来源：上海观察 2016.07.22 

原文： 2400米地下搜“幽灵”：世界最大暗物质实验浮现隐形结果