尋找暗物質:中國錦屏地下實驗室獲最靈敏結果
- 發(fā)布時間:2014-11-12 02:31:25 來源:科技日報 責任編輯:羅伯特
研究暗物質一直是世界物理學界的熱點,但是要想在這方面取得突破性進展并非易事。中國暗物質實驗(CDEX)合作組4年磨一劍,取得了重要進展:對于10GeV以下暗物質的直接探測,CDEX合作組利用點電極高純鍺,得到了目前國際最靈敏的實驗結果。不僅進一步縮小了暗物質可能存在的區(qū)域,同時推翻了美國CoGeNT暗物質實驗組近年來宣稱 “已經探測到暗物質存在區(qū)域”的結論。相關論文于北京時間11日被國際著名科學雜志《物理評論D》發(fā)表。
英國皇家科學院院士、歐洲核子中心理論部教授約翰·艾力斯表示:“這是一個國際前沿水平的實驗結果。近年來,在輕質量暗物質區(qū)間有很多實驗結果相互矛盾,中國的實驗結果非常確定地排除了美國CoGeNT實驗組給出的暗物質區(qū)域,并且排除了意大利暗物質實驗組(DAMA/LIBRA)和美國另一暗物質實驗組(CDMS-II)給出的大部分暗物質區(qū)域。”
國際知名高能物理學家、中科院趙政國院士也對該項成果表示祝賀。他說:“非常高興地看到他們新的研究文章被《物理評論D》接收發(fā)表,文章報告了CDEX合作組在中國錦屏地下實驗室利用P型點電極高純鍺探測器給出的對于輕質量暗物質粒子的限制結果。這一結果利用相同的探測技術和靶材料,把美國CoGeNT實驗組給出的暗物質存在區(qū)域確定地排除掉,研究成果讓人印象深刻?!?/p>
研究占宇宙物質質量約85%的暗物質,有助于人類重新認識物質世界。但由于暗物質不發(fā)光,很難捕捉到??茖W家首先要確定它的存在范圍。“這就好比海底撈針,理論物理學家給出了不同的尋找范圍,我們實驗物理,通過不同的實驗方法去驗證這些理論是否正確,并尋找新的暗物質存在范圍?!敝袊\屏地下實驗室主任、清華大學程建平教授接受科技日報記者采訪時說。
本世紀以來,美國、英國、韓國、日本等世界發(fā)達國家建立了多個暗物質實驗小組,在此領域展開激烈競爭。其中,美國CoGeNT實驗組于2011年公布了實驗結果,宣稱在輕質量暗物質區(qū)域發(fā)現(xiàn)暗物質存在,引發(fā)理論和實驗物理學界高度關注和熱烈討論。
2009年,清華大學聯(lián)合四川大學、南開大學、中國原子能科學研究院、雅礱江流域水電開發(fā)有限公司等單位,建立了CDEX合作組,吸引了粒子物理實驗、輻射探測技術、低本底測量、暗物質理論等諸多學科的70多位科學家參與到這項研究中。
與其他研究不同,開展暗物質實驗不僅取決于團隊的科研能力,還受限于科研環(huán)境和科研儀器。參與CDEX研究的清華大學工程物理系教授李元景告訴記者:“暗物質實驗必須在極深的地下實驗室進行,只有這樣,高能量的宇宙線才能夠被盡可能地屏蔽,為暗物質探測提供盡量‘干凈’的輻射環(huán)境?!?/p>
于2010年投入使用的中國錦屏地下實驗室,前期專門為探測暗物質而建。垂直巖石覆蓋達2400米,是國際上巖石覆蓋最深的地下實驗室,被譽為中外物理學家眼中的實驗天堂。而我國自主設計的實驗儀器——質量約為1公斤的高純鍺探測器,是世界上單體質量最大的點電極高純鍺探測器原型,對輕暗物質的探測十分靈敏。
這些因素為我國暗物質實驗打下了良好的基礎?!拔覀兊膶嶒瀸斫舛鄠€實驗組發(fā)布的、相互矛盾的暗物質實驗結果提供了更新的、靈敏度更高的證據(jù)。將暗物質直接探測實驗向更低能和更高靈敏度區(qū)域推進,擴展了新物理研究領域?!盋DEX合作組首席科學家、清華大學康克軍教授說,“下一步,實驗組將建設模塊化的噸量級高純鍺探測器陣列系統(tǒng),進一步提高暗物質探測靈敏度。”
?。萍既請蟊本?1月11日電)
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