1400米地下氙探测器实验寻找暗物质失败

为期90天的大型地下氙探测器实验于30日结束。不幸的是，这项世界上最先进的暗物质搜寻实验最终无果而终

LUX探测器采用白色聚四氟乙烯，能够在更大程度上收集光信号。光电倍增管将记录光信号。此外，LUX探测器还采用7万加仑(约合27万升)水，进一步保护探测器抵御背景辐射

LUX探测器位于美国南达科他州一座废弃金矿地下4580英尺(约合1400米)

负责探测光子信号的光电倍增管，安装在LUX暗物质探测器的顶部和底部。它们将记录暗物质粒子与氙原子核的撞击位置和强度

暗物质是一种高能物质，在宇宙中的比重据信达到27%，是最大的物理学谜团之一。为了搜寻神秘莫测的暗物质，科学家进行了为期90天的大型地下氙探测器(以下简称LUX)实验。这项世界上最先进的暗物质搜寻实验于30日结束。不幸的是，科学家未能探测到暗物质。

LUX探测器位于美国南达科他州一座废弃的金矿地下4580英尺(约合1400米)。30日，这项持续了90天的实验最终无果而终。不过，科学家并没有放弃，计划在2014年制造一台灵敏度1000倍的类似探测器，继续搜寻暗物质。

暗物质在宇宙中的比重达到27%。不幸的是，LUX实验未能证实暗物质的存在。暗物质对解释宇宙如何膨胀和星系间如何发生交互作用的理论至关重要。科学家相信一定存在暗物质，但并不清楚暗物质的形态或者能够在什么地方搜寻到这种神秘莫测的物质。天文学家能够在理论上推测暗物质的存在。他们认为暗物质能够对宇宙中的正常物质产生引力效应。

证实暗物质存在的一种方式便是借助地下探测器，例如LUX，对穿过地球的暗物质粒子进行探测。科学家对位于地下深处的LUX探测器寄予厚望，希望能够捕获暗物质。据信，科学家搜寻的暗物质粒子就是大质量弱相互作用粒子。这种粒子会大量穿过正常物质，但我们却一无所知。

无论是在理论上还是实际研究中，大质量弱相互作用粒子与正常物质的碰撞都非常罕见，极难探测。这是因为连续不断的宇宙辐射会消减本就微弱的信号。除了安装在地下这一有利位置外，LUX探测器周围的岩石还被浸泡在超纯净水中，进一步保护探测器抵御背景辐射。

LUX实验的关键是一个6英尺(约合1.82米)高的钛箱，内装大约1/3吨的液态氙，温度被冷却到零下150华氏度。如果大质量弱相互作用粒子撞击一个氙原子，这个氙原子便会远离其他氙原子，放射出光线和电子。电子会在电场的作用下向上移动并与钛箱顶部的一个氙气薄层发生交互作用，进而释放出更多光子。钛箱顶部和底部的光线探测器能够探测到光子。科学家可以精确锁定两个光子信号的位置——一个位于撞击点，另一个位于钛箱顶部——误差在几毫米内。此外，科学家还可以根据信号亮度精确测量这种交互作用释放的能量。

研究小组表示这一探测结果排除了其他探测器探测到暗物质的可能性。耶鲁大学物理学家丹-麦肯锡指出：“对于LUX来说，这只是一个开始。现在，我们已经了解了这台探测器以及它的背景。我们将继续收集数据，验证更多的暗物质候选者。”

在桑福德实验室进行新的暗物质实验的计划已经制定之中，这项实验被称之为“LUX-ZEPLIN”。LUX探测器使用1/3吨液态氙，LUX-ZEPLIN将使用7吨液态氙，装在LUX使用的7.2万加仑(约合27万升)纯净水水箱中。LUX-ZEPLIN项目发言人汤姆-沙特表示：“LUX-ZEPLIN的灵敏度将达到LUX探测器的1000倍。这台探测器将观测到一个无法削弱的微中子背景，可能达到我们测量暗物质能力的极限。”(孝文)