大型地下氙(LUX)暗物质实验的新结果

作者:宰崛

<p>LUX探测器内部的视图(摄影:Matthew Kapust / Sanford地下研究设施)LUX科学家采用的一套新的校准技术大大提高了LUX暗物质实验大型地下氙(LUX)暗物质实验的灵敏度,在南达科他州布莱克山的桑福德地下研究设施(SURF)地下近一英里的地方经营,已经证明自己是寻找暗物质最敏感的探测器,据信大部分物质都是看不见的东西在宇宙中现在,LUX科学家采用的一套新的校准技术再次大大提高了探测器的灵敏度LUX的研究人员正在寻找WIMP,或弱相互作用的大质量粒子,它们是暗物质的主要候选者之一“我们已经改进了低质量暗物质颗粒的LUX灵敏度超过20倍,显着提高了我们的能力寻找WIMP,“布朗大学物理学教授兼LUX实验联合发言人Rick Gaitskell表示,”我们继续推动探测器的功能以寻找难以捉摸的暗物质颗粒,这一点非常重要,“Gaitskell说</p><p> LUX改进,加上美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)国家能源研究科学计算中心(NERSC)和布朗大学计算和可视化中心(CCV)的高级计算机模拟,使科学家们能够测试额外的粒子现在可以从搜索中排除的暗物质模型NERSC还存储了大量的LUX数据 - 以数万亿字节或太字节为单位 - 而且Berkeley Lab在LUX协作中发挥着越来越大的作用科学家们确信暗物质的存在是因为它的引力效应可以在星系的旋转和光线在穿过星系时弯曲的方式中看到宇宙因为WIMP被认为仅在非常罕见的情况下与其他物质相互作用,它们尚未被直接检测到“我们在实验的前三个月运行过程中寻找暗物质粒子,但正在利用新的校准技术更好地确定如何它们会出现在我们的探测器上,“伦敦帝国理工学院的Alastair Currie说,这是LUX研究员”这些校准加深了我们对氙对暗物质和背景的响应的理解</p><p>这使我们可以更有信心地搜索粒子LUX可以看到我们以前不知道的事情“新的研究在提交给物理评论快报的论文中有所描述该工作重新审视了LUX 2013年头三个月运行期间收集的数据,并有助于排除暗物质的可能性低质量范围内的检测,其他实验先前已报告潜在检测LUX由三分之一吨液体氙气组成用敏感的光探测器进行探测它设计用于识别暗物质粒子与探测器内部的氙原子碰撞时非常罕见的情况</p><p>当发生碰撞时,氙原子会反冲并发出微小的闪光,这是由LUX检测到的</p><p>光传感器探测器位于桑福德实验室一英里岩石下方的位置有助于保护它免受宇宙射线和其他可能干扰暗物质信号的辐射的影响到目前为止LUX尚未检测到暗物质信号,但其精确的灵敏度使科学家们除了排除暗物质粒子可能存在的巨大质量范围以外,所有这些新校准都进一步提高了灵敏度一种校准技术使用中子作为暗物质粒子的替代品从氙原子中弹出中子使科学家能够量化LUX探测器如何响应反弹过程“它就像一个巨大的游泳池,以中子为母球,氙原子为条带和Gaitskell说:“我们可以跟踪中子来推断氙反冲的细节,并且比以前任何可能的东西更好地校准LUX的响应”中子和氙原子之间相互作用的性质被认为是非常相似的暗物质和氙之间的相互作用“只是暗物质粒子的相互作用非常微弱 - 大约数百万亿次弱化,”Gaitskell说 中子实验有助于校准探测器与氙核的相互作用但LUX科学家还校准了探测器对原子电子撞击沉积少量能量的反应,这是通过将氚化甲烷 - 放射性气体 - 注入探测器来完成的</p><p>在典型的科学运行中,LUX看到的大多数是背景电子反冲事件,“马里兰大学教授Carter Hall说道</p><p>”Tritiated甲烷是类似事件的一个方便来源,我们现在研究了数十万次衰变</p><p> LUX这让我们相信,我们不会将这些花园品种事件误认为暗物质“注入另一种放射性气体氪,以帮助科学家区分环境放射性产生的信号和潜在的暗物质信号”氪混合均匀液体氙和具有已知的特定能量的辐射,但随后迅速衰变成稳定的,非放射性形式,“加州大学伯克利分校物理学教授Dan McKinsey说,他也是伯克利实验室的附属机构</p><p>通过精确测量这种相互作用产生的光和电荷,研究人员可以有效地从他们的搜索中滤除背景事件”所以搜索仍在继续,“麦肯锡说”LUX再次在桑福德实验室进行暗物质检测模式最新一次运行于2014年底开始,预计将持续到2016年6月此次运行将增加四倍以上的曝光率与我们之前的2013年相比,我们将非常兴奋地看到是否有任何暗物质颗粒在新数据中显示出来“麦肯锡,以前在耶鲁大学,7月加入加州大学伯克利分校和伯克利实验室,并由他的研究团队成员陪同桑福德实验室是南达科他州拥有的工厂,Homestake Mining Co向南达科他州科学技术局(SDSTA)捐赠其金矿,并重新开放2007年,南达科他州立法机构提供4000万美元资金,慈善家T Denny Sanford捐赠7000万美元美国能源部(DOE)支持桑福德实验室的业务Kevin Lesko,负责监管SURF业务并领导暗物质研究小组在伯克利实验室,“很高兴看到SURF中安装的实验继续产生世界领先的结果”美国能源部和国家科学基金会(NSF)支持的LUX科学合作包括19所研究型大学和国家美国,英国和葡萄牙的实验室“全球寻找暗物质的目的是回答有关宇宙构成的最大问题之一我们很自豪能够支持LUX合作并祝贺他们达到更高水平敏感性,“SDSTA规划执行主任Mike Headley说,他将在Sanfor进行下一代暗物质实验d实验室已经在进行2016年末LUX将退役,为一个新的,更大的氙探测器让路,称为LUX-ZEPLIN(LZ)实验LZ将有一个10吨液体氙靶,它将适合里面LUX伯克利实验室科学家使用的72,000加仑纯净水罐将在LZ合作中发挥重要的领导作用“LUX实验的创新构成了LZ实验的基础,计划实现超过100倍的灵敏度LUX LZ实验是如此敏感以至于它应该开始探测一种源自太阳的中微子,甚至雷·戴维斯在霍姆斯塔克矿的诺贝尔奖获奖实验都无法检测到,“根据加州大学圣巴巴拉分校的哈里·尼尔森的说法,美国能源部科学办公室支持LZ LUX发言人NERSC是美国能源部科学办公室用户设施PDF研究副本:改进了LUX实验的WIMP散射限制来源:....