世界上最好的暗物质探测器首次尝试失败

暗物质的搜寻工作正在地下进行。在 LUX-ZEPLIN (LZ) 的首次运行中，该探测器持续了三个多月，于今年 4 月结束，在太空中没有发现任何被称为弱相互作用大质量粒子 (WIMP) 的假设暗物质碎片的迹象。尽管缺乏确凿的数据，但科学家证实，美国能源部牵头的这项实验正在按计划进行，因此未来几轮仍有可能发现暗物质。

“现在这有点奇怪，我们说我们在世界上什么也没发现，但几年后发现新物理学的前景是完全可行的，”天体粒子物理学家、伦敦大学学院教授，​​LUX 实验团队成员 Chamkaur Ghag 告诉《新科学家》 。

暗物质被认为占宇宙的 27%（恒星和星系中的可见物质可能仅占其中的 5%）。尽管如此，没有人探测过它。这是因为暗物质包含不发射、吸收或反射光的粒子，因此甚至很难用电磁辐射进行测量。但物理学家和天文学家知道暗物质的存在，因为它对可见物体具有引力效应，例如阻止恒星在太空中弹射并防止星系坍缩。据推测，它是将宇宙凝聚在一起的无形粘合剂。

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WIMP 一直是科学家探测暗物质的最佳选择。其他假设的暗物质，如光子或轴子，非常小，行为像波。但 WIMP 包含质量，很少与其他可见物质相互作用。每秒也有数十亿个 WIMP 穿过我们。通过研究暗物质，专家们将更好地了解宇宙的真正基础是什么——以及我们可以预期未来会发生什么。

揭开宇宙秘密的钥匙就埋在南达科他州黑山地下一英里处。LZ 实验由两个钛罐组成，罐内装满了 10 吨纯液态氙气罐。它还包含两个光电倍增管阵列，可以探测到最微弱的光。如果 WIMP 形式的暗物质与氙原子发生碰撞，它将撞倒松散的电子。粒子碰撞会产生短暂的闪光，LZ 实验可以捕捉到。

实验之所以选择在地下进行，是因为宇宙辐射和人体辐射可能会抑制暗物质信号。因此，将探测器浸入水中有助于提高其灵敏度，并增加发现暗物质迹象的机会。“你想听到耳语。如果你在纽约市中心做这件事，你不会听到的，因为噪音太大了。你想远离我们的背景——我们受到的宇宙射线和垃圾的轰击会隐藏我们正在寻找的非常罕见的信号，”劳伦斯伯克利国家实验室的高级物理学家、LZ 项目协调员凯文莱斯科 (Kevin Lesko) 在 2020 年告诉《大众科学》 。

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虽然第一轮实验结果没有发现暗物质，但确实表明该机器运行良好，功能符合预期。“考虑到我们几个月前才启动它，而且是在 COVID 限制期间，我们已经取得了如此显著的成果，这令人印象深刻，”领导该实验首次运行的伯克利实验室物理协调员 Aaron Manalaysay 在伯克利实验室的新闻稿中说道。

加州大学圣巴巴拉分校物理学教授、LZ 前发言人哈里·尼尔森 (Harry Nelson) 在第二份新闻稿中表示：“我们现在已经走出了起跑线。LZ 是迄今为止任何暗物质探测器中功能最强大的探测器，在未来几年内，它有独特的能力做出发现。”