光電倍增管陣列用于檢測(cè)LZ氙罐內(nèi)出現(xiàn)的信號(hào)。 圖片來(lái)源：物理學(xué)家組織網(wǎng)
科技日?qǐng)?bào)記者?劉霞
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)27日?qǐng)?bào)道，美國(guó)能源部近日正式確認(rèn)，美國(guó)迄今旨在直接探測(cè)暗物質(zhì)的最大實(shí)驗(yàn)設(shè)施——LUX-ZEPLIN（LZ）竣工，研究人員目前正對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。
暗物質(zhì)約占宇宙所有物質(zhì)的85％。我們知道它的存在是因?yàn)樘綔y(cè)到它對(duì)普通物質(zhì)的引力作用，但我們還不知道它究竟是“何方神圣”，弱相互作用重粒子（WIMP）和軸子都被認(rèn)為是暗物質(zhì)候選粒子。LZ是一項(xiàng)超靈敏的暗物質(zhì)搜索實(shí)驗(yàn)，將使用10噸液氙尋找WIMP與氙原子核相互作用時(shí)出現(xiàn)的閃光。
2012年，國(guó)際團(tuán)隊(duì)提出，將大型地下氙（LUX）項(xiàng)目和液態(tài)惰性氣體閃光實(shí)驗(yàn)（ZEPLIN）合二為一，組建世界上迄今最靈敏的WIMP探測(cè)項(xiàng)目——LZ。2017年美國(guó)能源部正式批準(zhǔn)最后設(shè)計(jì)方案，來(lái)自美國(guó)、英國(guó)等國(guó)37個(gè)研究機(jī)構(gòu)的200多位科學(xué)家和工程師將展開(kāi)合作。
LZ的設(shè)計(jì)原理是，當(dāng)暗物質(zhì)粒子與液氙原子碰撞時(shí)，液氙腔內(nèi)的電子會(huì)向頂部飄移，迅速產(chǎn)生閃光。這些攜帶暗物質(zhì)粒子信號(hào)的光脈沖，會(huì)被排列在大型容器內(nèi)的光電倍增管捕獲。
LZ建于南達(dá)科他州桑福德地下研究中心內(nèi)，位于地下約1609米處。這一深度使其可以自然屏蔽不斷轟擊地球的宇宙射線（宇宙射線產(chǎn)生的“噪音”可能淹沒(méi)科學(xué)家正在尋找的WIMP與氙相互作用產(chǎn)生的信號(hào)）。此外，LZ的零件都是經(jīng)過(guò)單獨(dú)選擇并經(jīng)過(guò)測(cè)試的低輻射組件，以盡量降低背景噪音。
勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家西蒙·菲奧魯奇是LZ的運(yùn)營(yíng)經(jīng)理，他說(shuō)：“我們正在對(duì)探測(cè)器進(jìn)行調(diào)試，即所謂的‘測(cè)試階段’，并將在明年查看LZ提供的數(shù)據(jù)?！?/p>
研究人員解釋稱，LZ與其“前身”LUX實(shí)驗(yàn)差別較大。LUX使用約300公斤液態(tài)氙，而LZ將使用10噸液態(tài)氙。后者探測(cè)暗物質(zhì)粒子相互作用的靈敏度約為前者的100倍。
