首个暗物质结果刷新了暗物质性质的边界值

2021-08-13 08:38:00

近日,上海交通大学教授、中国锦屏地下实验室 PandaX实验(“熊猫”实验)发言人刘江来在三年一度的马塞尔·格罗斯曼国际广义相对论大会上公布了PandaX-4T实验的首个暗物质搜寻结果。这次结果基于PandaX-4T试运行95天的数据,用0.63吨·年的曝光量,再次刷新了暗物质性质的边界值。

近百年的天文学和宇宙学研究表明,宇宙中“看不见”的暗物质比人们已知的普通物质多了5倍多。科学家普遍认为,暗物质与普通物质之间极有可能存在一种新的微弱的相互作用,可以在极深地下,利用超高灵敏度的探测器寻找它们。

PandaX实验由上海交通大学教授季向东于2009年发起,目前合作单位包括山东大学、北京大学、中国科学技术大学等,共有70多位科研工作者参与。PandaX实验位于四川凉山州的中国锦屏地下实验室,上方岩石埋深达2400米,是世界上最大埋深、宇宙线本底最低的地下实验室。PandaX采用液态氙作为暗物质靶和探测器。弥散在银河系内的暗物质粒子可能碰撞到氙原子核,而氙原子核的反冲将在探测器中发光或产生其他氙原子的电离,从而被位于探测器上下部的灵敏的光电倍增管记录下来。在过去的10余年中,PandaX合作组已经完成了两代暗物质实验。

为了提升暗物质探测的灵敏度,2019年起PandaX团队在锦屏二期的B2实验厅开展新一代的4吨级实验(PandaX-4T)。2020年11月28日,探测器调试完成,进入试运行,至2021年4月15日结束运行,其中稳定取数共95天。

在95天的运行中,PandaX-4T探测器记录了约13.7亿次的事件,其中仅有1058个事例通过筛选进入了最终的暗物质分析数据集。这些事例中有6个事例落在了信号区域内,通过分析,它们和本底预期吻合,未出现暗物质事例超出的迹象。由于出众的灵敏度,PandaX-4T的这批数据覆盖了之前未被探测过的暗物质与普通物质作用的参数空间,取得了对暗物质最好的搜寻结果。

研究人员表示,这次试运行结束后,PandaX实验组将加快开展对探测器中氚本底的提纯工作,预期将探测器的本底降低一半以上,以更高的灵敏度搜寻暗物质。

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