我科学家刷新暗物质探测灵敏度

2018年06月30日 10:31

       从清华大学获悉,该校主导的中国暗物质实验合作组利用一种国际首创的高纯锗探测系统,在一定范围内将暗物质直接探测灵敏度提高到目前国际最高水平。研究成果于北京时间13日在线发表在国际顶级期刊《物理评论快报》上。



  暗物质是指宇宙中那些既不发射光,也不吸收和反射光的物质,更严格地讲,就是不参与电磁相互作用和强相互作用,但依然能够施加引力影响的不可见物质。天文学的众多观测数据和结果表明,暗物质约占整个宇宙物质质量的85%,在物质起源和宇宙演化过程中具有十分重要的地位。


  清华大学工程物理系教授岳骞介绍,当前暗物质探测方法大体分为“上天”“入地”和“人造暗物质”三类:“‘上天’指间接探测实验,为减少地球大气层的干扰,通常在太空进行。‘入地’指直接探测实验,为减少宇宙线的干扰,通常在地下实验室进行。‘人造暗物质’指加速器实验,希望通过普通粒子的对撞来产生暗物质粒子,主要在欧洲核子中心的大型强子对撞机上进行。我们在中国锦屏地下实验室开展的研究属于‘入地’。”


  中国暗物质实验合作组利用国际上第一个液氮直接浸泡制冷的真空封装点电极高纯锗探测器,在4-5GeV范围内自旋无关暗物质直接探测灵敏度提高到8×10-42cm2,达到目前国际最高水平。


  “当弥散在整个空间的暗物质粒子偶尔与锗原子发生碰撞后,会导致锗核发生反冲并通过电离过程在探测器内沉积能量。”岳骞介绍,合作组进行的点电极高纯锗探测器实验,就是通过研究反冲核的反冲能量、事例率及其变化等参数来研究暗物质粒子的质量、与靶核的相互作用截面、暗物质分布等性质。


  中国暗物质实验研究团队成立于2009年,由清华大学(工程物理系)主导,联合四川大学、南开大学、中国原子能科学研究院、北京师范大学、雅砻江流域水电开发有限公司等多家单位组成,使用点电极高纯锗探测器进行暗物质直接探测研究,计划未来使用吨量级的点电极高纯锗探测器阵列进行暗物质直接探测和无中微子双贝塔衰变的测量。

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