暗物質探測開始“暗中較量”

LZ試驗探測裝配建在斯坦福大學地下研究設施中。

　　LZ設計原理是，當暗物質粒子與液氙原子碰撞時，液氙腔內的電子會向頂部飄移，疾馳發生閃光。這些攜帶暗物質粒子信號的光脈沖，會被分列在大型容器內的500個光擴增管捕捉。

　　今日視點

　　號稱活著界三大直接探測暗物質粒子試驗中活絡度最高，有望最先捕捉暗物質中弱互相作用重粒子(WIMPs)的美國LUX-ZEPLIN(LZ)試驗近日宣布重猛進展：該項目順遂通過美國能源部(DOE)第三階段評審，現有手藝設計方案被確定為終極版本，并正式起頭制作事情。

　　暗物質在宇宙身分中占比高達85%，提出至今已有80年之久，但現有證據完全基于引力丈量等間接觀測，還沒有得到直接觀測的第一手資料，是以其粒子特征仍連結神奇。歐洲、中國和美國已起頭結構下一代暗物質直接探測試驗，在這一根蒂物理研究最前沿范疇睜開良性競爭，進展奪得“第一”的寶座。

　　LZ此次加速歷程，力圖2020年4月前竣工并投入使用，勢必會讓美國在競爭中更具上風。

　　LZ試驗降生始末

　　LZ試驗由美國能源部勞倫斯伯克利國度試驗室賣力治理，選址建在斯坦福大學地下研究設施(SURF)中，探測裝配將被安排在地下約1609米深處，除首要探測WIMPs，也將捎帶對軸子和中微子等睜開探測。

　　2012年國際團隊提出，將大型地下氙(LUX)項目和液態惰性氣體閃光試驗(ZEPLIN)合二為一，組建天下上直接探測WIMPs最活絡的LZ項目。2015年上半年，LZ通過第一階段評估，被確定為能源部官方項目，并隨后出臺這一階段的觀點設計申報；2016年8月，LZ通過第二階段審議，千里鏡、制造本錢和時間表等要害議題均終極敲定；而在此次第三階段評審會上，能源部正式核準了末了設計方案，來自美國、英國、葡萄牙、俄羅斯和韓國等國37個研究機構的近220位科學家和工程師將睜開互助，用7噸液氙探測銀河系暗物質與通俗物質間的弱互相作用。

　　LZ設計原理是，當暗物質粒子與液氙原子碰撞時，液氙腔內的電子會向頂部飄移，疾馳發生閃光。這些攜帶暗物質粒子信號的光脈沖，會被分列在大型容器內的500個光擴增管捕捉。

　　面對兩大競爭敵手

　　中國在暗物質直接探測范疇顯示出極大競爭力。位于屏錦地下試驗室的暗物質直接探測項目CDEX和PandaX近年揭橥了多次探測效果，此中PandaX項目也是基于液氙手藝。中國還在積極推進這些試驗的二期扶植，力圖5年到10年內實現終極方針：行使20噸到30噸級的液態氙試驗，探測大質量暗物質粒子；用1噸級高純鍺試驗探測輕質量暗物質；并積極介入國際互助。

　　歐洲下一代暗物質試驗首要基于3.5噸級液氙XENON1T和后續6噸級的XENONnT。XENON1T制作在意大利格蘭薩索國度試驗室，位于地下1400米深處，已在2015歲終起頭運行，但活絡度不及已在2016年“遜位”的LUX項目。而LZ的活絡度提拔為LUX的50倍，歐洲固然在“起跑”時間上領先一步，但美國的LZ能容納10噸液態氙，且活絡度更高，誰最先探測到WIMPs，尚難預料。

　　LZ項目談話人、馬里蘭大學物理學副傳授卡特·霍爾透露，暗物質研究具有壯大吸引力，深受全天下物理學家們追捧，是以，這類研究競爭是良性和友愛的，得到重大發明是同類研究的配合目的。

　　加速歷程不甘落后

　　但競爭究竟結果存在。在這么緊張的范疇，在同樣使用液氙探測暗物質信號中落后一步，美國當然不會意甘，是以決意加速日程，早日竣工。

　　斯坦福直線加快器中心(SLAC)國度加快器試驗室賣力為LZ試驗所用的液氙進行提純，首要去掉尺度提純過程無法消滅的痕量氪元素。固然提純后的液氙今朝已相符LZ試驗要求，但該試驗室還在繼續研發新方式，進一步進步氙的純度。

　　LZ試驗所需的線網已接管多次檢測，為確保這些線網在高壓試驗中沒有涓滴泄電，“吞沒”暗物質發生的薄弱信號，全尺寸網線還將在本年晚些時刻安裝到SLAC的測試平臺，進行實地測試。

　　為清掃配景滋擾，布滿液氙的大容器四周必要圍繞另一個布滿液體的容器罐和光電倍增管，這些管道將用天下上超純的金屬鈦制成，正在由英方事情職員進行組裝；另一個容器罐中的超純能閃光液體也預備停當。具有濾塵功能的無塵事情室和無氡建筑也在加快扶植傍邊。氡具有自然西寧收集公司放射性，會對暗物質探測造成滋擾。為清掃各類配景信號，LZ試驗組思量全面，力求完善。

　　因美國能源部這次承諾購置制作LZ體系的險些所有大型組件，介入試驗的科學家們決心倍增，并承諾會按照設定的時間表竣工，第一個將暗物質信號“囊入懷中”。

　　(科技日報北京2月27日電)