最灵敏探测器寻找神秘暗物质粒子一无所获

物理学家使用超灵敏的地下探测器再次寻找神秘的暗物质粒子，结果却一无所获。

据《科学》报道，世界上最大的暗物质探测器LUX-ZEPLIN（以下简称LZ）寻找了所谓的弱相互作用大质量粒子（以下简称WIMP）——其灵敏度比以往任何实验都高5倍，但没有发现任何假设粒子的迹象。

LUX-ZEPLIN探测器的内部工作正常。图片来源：MATTHEW KAPUST/桑福德地下研究设施

LZ团队在近日于美国芝加哥和巴西圣保罗举行的两次会议上报告称，这一结果并不能排除WIMP的存在，但它表明，关于这种粒子长达40年的传奇故事正在进入最后篇章。

LZ团队发言人、英国伦敦大学学院粒子物理学家Chamkaur Ghag说：“如果真有WIMP，我们很容易看到它们。”不过，Ghag认为，现在放弃探测WIMP的希望为时过早，“这是我们首次真正进入探索领域”。

自20世纪80年代以来，WIMP被认为是暗物质主要候选粒子之一。其质量为质子的10至1000倍，并通过极其微小的弱核力与普通物质相互作用，尽管这些相互作用的确切强度尚未明确。理论家的计算表明，如果大爆炸产生了WIMP，那么这些粒子如今的残留量应该足以解释宇宙的暗物质。

耗资5500万美元的LZ实验就是在寻找这些可能存在的WIMP。其探测器位于地下1480米处的美国桑福德地下研究设施内，由7吨液态氙制成，不受已知辐射源的影响。如果WIMP存在，便可能撞上氙核，从而产生可检测到的光与电信号。

然而，自2021年12月以来采集的280天的数据显示，根本没有任何WIMP的迹象，但对其质量限制的精确度提高了5倍。

据此，一些物理学家已经开始探索其他可能解释，比如暗物质可能是一个全新的粒子“暗区”，这些粒子之间具有复杂的相互作用。

由于目前还不能排除WIMP存在的可能性，科学家计划建造一个新的、灵敏度更高的探测器来追寻这些粒子。不过，这样做的成本到底有多大仍有待观察。

研究团队计划在2028年LZ实验结束前将数据集的规模扩大3倍以上，并研究其他罕见的物理过程。例如，将探测器的灵敏度提高3至4倍，使其包含数十吨液态氙，就会“碰触”到中微子雾。