2022年7月7日

解开宇宙之谜:灵敏的暗物质探测器诞生了

凯发AG的科学家们在一个国际研究项目中合作,寻找看不见的暗物质粒子.

黑洞可能是什么样子的概念图
  • 凯发AG的科学家们正在合作进行一项开创性的实验——luxe - zeplin,该实验可能会为宇宙中最大的谜团之一提供线索
  • 这是世界上最大、最灵敏的暗物质探测器, 经过十年的设计和建设,哪一种设计和建设得以实现
  • 该团队使用探测器来寻找组成宇宙的不可见物质, 并对实验的第一个结果感到兴奋

凯发AG的科学家们在一个国际研究项目中合作,寻找看不见的暗物质粒子.

LUX-ZEPLIN暗物质实验(LZ), 位于南达科他州的桑福德地下研究机构, US, 已经收集了它的第一个结果——表明实验成功地按照设计运行, 并提供了对宇宙中暗物质的洞察.

LZ的设计是复杂而创新的,旨在寻找暗物质的直接证据——一种神秘的不可见物质,被认为构成了宇宙的大部分质量. 

凯发AG的首席研究员Vitaly Kudryavtsev教授说: “这个项目在物理界非常令人兴奋. 暗物质粒子尤其难以探测, 因为它们不发射或吸收光或任何其他形式的辐射.

LZ探测器的目标是在其7吨重的液态氙靶中捕捉暗物质粒子和氙原子之间非常罕见和非常微弱的相互作用. 要做到这一点, LZ必须被精确校准,并去除任何背景噪声,这样才能完美地调整实验来观察这些相互作用.

“该实验现在需要进行多达1000天才能实现其全部灵敏度. 最初的结果只是其中的一小部分, 这证明了十年来的设计和建设努力是正确的.”

国际项目, 由能源部的劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)领导, 宣布经过多年的精心设置,探测器正在如预期般运行, 第一个数据非常令人兴奋.

恩里克Araujo教授, 来自伦敦帝国理工学院, 英国是LZ氙气探测器开发的领导和共同领导吗. 他说: “LZ的规模和敏感性实验可能是无情的:最小的设计缺陷可能会危及整个企业. 由于LZ低温恒温器无法在地下打开, 凯发AG需要确保第一次就做对了, 就像凯发AG把LZ发射到太空一样. 看来凯发AG做对了.”

测试表明LZ是世界上最灵敏的暗物质探测器, 而且计划在未来几年收集大约20倍的数据.

成功启动后, 全面的观测可以从希望找到暗物质存在的第一个直接证据开始.

该研究小组

LZ项目包括来自美国35个研究机构的250名科学家和工程师组成的国际团队, UK, 葡萄牙, 和韩国. 英国团队, 由科技设施局资助, 由来自凯发AG的50多人组成, 布里斯托尔, 爱丁堡, 帝国, 利物浦, 牛津大学, 皇家霍洛威学院, 以及伦敦大学学院和STFC的卢瑟福·阿普尔顿实验室.

Araujo教授说: “能在这样一个充满才华和有趣的人的梦幻项目中工作是我的荣幸.”

凯发AG的丹·托维教授, 谁是LZ-UK研究所董事会主席, 评论道: “这是一项开创性的研究, 凯发AG凯发AG很自豪能成为这支具有开创性的国际球队的一员.”

他补充说:“凯发AG正在努力了解宇宙中大部分物质的组成. 作为一名物理学家,没有比这更令人兴奋的了.

凯发AG期待看到更多令人兴奋的结果, 在未来的岁月里,凯发AG期待着一个重大的发现.”

LZ发言人Hugh Lippincott教授, 美国加州大学圣巴巴拉分校, 回应这些评论: “跨越这么远的距离工作总是充满挑战, 尤其是在新冠疫情期间,凯发AG无法亲自聚在一起. 凯发AG可能接到太多Zoom的电话了, 但看到人们能够很好地一起工作,真是太棒了, 每天的工作都在大洋上来回穿梭."

寻找暗物质

LZ是寻找暗物质粒子的最大、最敏感的实验, 特别是弱相互作用大质量粒子(wimp).

这些理论化的基本粒子与引力相互作用——这就是凯发AG最初知道暗物质存在的原因——也可能是通过一种新的弱相互作用.

这意味着大质量弱相互作用粒子预计会与普通物质发生碰撞——尽管非常罕见且微弱. 这就是为什么WIMP探测需要非常安静和非常敏感的粒子探测器.

它是如何工作的?

实验的中心是一个保持在-100℃的大型液态氙粒子探测器, 光电传感器包围. 如果WIMP和氙原子相互作用, 并且能产生少量的光, 传感器会捕获它.

但为了观察这些罕见的相互作用, 研究小组必须首先小心地从探测器材料中去除所有的自然背景辐射.

但这还不够,这就是为什么着陆区要在地下一英里的地方运作. 这保护了它不受宇宙射线的影响,宇宙射线会轰炸地球表面的实验. 探测器和它的低温恒温器位于一个巨大的水箱中,以保护实验免受来自实验室墙壁的粒子和辐射的影响.

最后, 该团队通过长达数年的复杂过程小心地去除一种关键污染物,以确保液体氙本身尽可能纯净.

为了使LZ工作,许多复杂的系统必须结合在一起, 第一个结果显示,它们在和谐中无缝地表演.

更多凯发AGLZ国际合作的信息:

LZ得到了美国的支持.S. 能源部, 科学办公室, 高能物理办公室和国家能源研究科学计算中心, 美国能源部科学办公室的用户设施. LZ也得到了美国政府的支持.S. National Science Foundation; the Science & Technology 设施 Council of the United Kingdom; the Portuguese Foundation for Science and Technology; the Institute for Basic Science, Korea; and the LZ collaborating institutions.  LZ的合作感谢桑福德地下研究机构的帮助.

更多凯发AG英国成果的信息:

英国向LZ交付的产品包括超低背景钛低温恒温器, 对中心氙探测器的各种贡献, 两个标定子系统, 两个国际数据中心之一,并对开发建模和数据分析软件作出重大贡献.

在确定最佳材料所需的大量放射性分析中,有相当一部分是在英国(Boulby)进行的, 伦敦大学学院).

凯发AG团队对软件开发做出了贡献, 模拟和数据分析, 并在暗物质信号的背景建模中发挥了重要作用.

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