在“你追我趕”的暗物質(zhì)探測國際競爭中，中國主導(dǎo)的“熊貓計(jì)劃（PandaX）”再下一城。

8日凌晨，“熊貓計(jì)劃”（Particle AND Astrophysical Xenon Detector，粒子和天體物理氙探測器，英文簡寫為PandaX）項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、上海交通大學(xué)鴻文講席教授季向東在“2017年度國際高能粒子天體物理大會（TeVPA 2017）”上公布了該項(xiàng)目合作組最新暗物質(zhì)探測實(shí)驗(yàn)結(jié)果——在“54噸·天”的國際最大曝光量下，得到了暗物質(zhì)與核子的碰撞截面應(yīng)小于“6×10-47平方厘米”限制，再次刷新了對暗物質(zhì)粒子性質(zhì)限制的世界紀(jì)錄。

暗物質(zhì)這個(gè)東西，悄無聲息，且難留痕跡。它不發(fā)射任何波段的電磁波，也不與任何電磁波發(fā)生相互作用。可它不容忽視——迄今的研究和分析表明，暗物質(zhì)占宇宙物質(zhì)總質(zhì)量約80％以上。

怎么找到它？“熊貓計(jì)劃”的方法，是把氙原子作為靶子——來，撞吧！暗物質(zhì)粒子如果碰撞到氙原子，這種碰撞會轉(zhuǎn)化為氙原子的反沖能，發(fā)出光電信號，從而被探測器捕捉。

季向東曾用“守株待兔”來打比方。暗物質(zhì)粒子仿佛成群結(jié)隊(duì)跑來的兔子，氙原子好比森林中一棵棵樹。難免有一兩只兔子會撞死在某棵樹下，成為科學(xué)家的戰(zhàn)利品。

問題的關(guān)鍵在于，大森林里不只有兔子，還有雄獅猛虎，誰撞上來的動靜都比兔子大。所以，要找一片沒有或少有其他生物出沒的森林。這里就是中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室。它在錦屏山內(nèi)，2400米山體成了它的天然屏障，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的宇宙射線通量可以降到地面水平的千萬分之一到億分之一。

另外，樹木間距還得小，樹排得越密越好。

但要密到什么程度呢？“我們用了一個(gè)面積的概念來體現(xiàn)兩種粒子之間的碰撞幾率。”負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的上海交通大學(xué)教授劉江來告訴科技日報(bào)記者。“6×10-47平方厘米”，這意味著碰撞概率非常非常低。至少，在54噸·天的曝光量下，“熊貓計(jì)劃”所采用的580公斤液氙探測器并沒有探測到一例暗物質(zhì)粒子碰撞事件。“我們給出了碰撞幾率的上限。”劉江來說。

“沒看到”，同樣有意義。它為暗物質(zhì)粒子性質(zhì)做出了更加嚴(yán)格的限制。下一步要做的，就是繼續(xù)提高探測靈敏度。

有兩個(gè)努力的方向：一是提升探測器體量，二是盡可能降低噪聲。劉江來透露，他們正在緊鑼密鼓籌備下一代探測器，目前使用的580公斤級液氙暗物質(zhì)探測器將升級到4噸。“新探測器的各個(gè)組件正在建造，接下來是總裝、聯(lián)調(diào)和測試。我們希望，能在2018年終止580公斤級液氙探測器的運(yùn)行，全力開展升級版探測器的實(shí)驗(yàn)，并爭取在2019年獲得新探測器的第一批數(shù)據(jù)。”劉江來說。

要爭分奪秒搶占先機(jī)，是因?yàn)榘滴镔|(zhì)是基礎(chǔ)物理最為重要的謎團(tuán)之一。國際上的數(shù)個(gè)合作小組，都在為“捉”住暗物質(zhì)而努力。“如果我們率先找到暗物質(zhì)，對整個(gè)科學(xué)界來說，都會是極其重要的發(fā)現(xiàn)。”和所有基礎(chǔ)研究一樣，在讓暗物質(zhì)現(xiàn)身的過程中，相關(guān)的工程技術(shù)也能得到發(fā)展。“我們是在跟世界上最強(qiáng)、最有創(chuàng)新力的科研團(tuán)隊(duì)競爭，這對我國相關(guān)領(lǐng)域的人才儲備和培養(yǎng)，同樣具有推動作用。”劉江來說。

背景鏈接 錦屏地下實(shí)驗(yàn)室由清華大學(xué)和雅礱江流域水電開發(fā)有限公司共同開發(fā)，雅礱水電也參與了“熊貓計(jì)劃”項(xiàng)目建設(shè)。

“熊貓計(jì)劃”由上海交通大學(xué)主導(dǎo)，此次公布的數(shù)據(jù)是“熊貓計(jì)劃”二期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該計(jì)劃二期合作組成員還包括來自北京大學(xué)、山東大學(xué)和中科院應(yīng)用物理研究所等單位的科研人員。（記者 張蓋倫）

“熊貓計(jì)劃”發(fā)布迄今最靈敏暗物質(zhì)探測結(jié)果

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