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最新:PandaX-4T实验发布首个暗物质搜寻结果-王萌团队做出重要贡献
2021-07-12 12:20:19 作者: 来源: 浏览次数:


北京时间202178日下午4时,在三年一度的马塞尔·格罗斯曼国际广义相对论大会上,中国锦屏地下实验室 PandaX实验(熊猫实验)发言人刘江来教授公布了PandaX-4T实验的首个暗物质搜寻结果。此次结果基于PandaX-4T 试运行95天的数据,用0.63年的曝光量,再次刷新了暗物质反应截面的上限。

PandaX实验力图寻找宇宙中神秘的暗物质。近百年的天文学和宇宙学研究表明,宇宙中的暗物质约占宇宙总质能的27%,比已知的普通物质多了5倍。科学家们普遍认为,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来寻找它们。

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。实验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并产生氙原子的电离,从而被位于探测器上下部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(120公斤的PandaX-I580公斤的PandaX-II),其中PandaX-II实验数度取得了对暗物质粒子国际领先的限制,成果入选2016年《科技导报》十大科学进展和2017年美国物理学会亮点。

为了提升暗物质探测的灵敏度,2019年起PandaX团队在锦屏二期(国家发改委十三五重大科学基础设施项目之一)的B2实验厅建设新一代的4吨级实验(PandaX-4T)。国际上同时在建的多吨级液氙实验还有位于意大利Gran Sasso实验室的XENONnT和美国Sanford实验室的LZ实验。为了加快实验进度,PandaX团队提前搭建了临时配套设施和900吨的超纯水屏蔽装置。20198月,实验组进驻,并于20205月底完成探测器安装,建设过程中克服了诸多技术挑战和新冠疫情的影响。20201128日,探测器调试完成,进入试运行,至2021415日结束运行,其中稳定取数共95天。在此期间,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,取得了目前对大质量暗物质候选粒子最好的限制。

山东大学是PandaX合作组的主要合作单位之一,前沿交叉科学青岛研究院粒子科学技术研究中心王萌教授领导的山大暗物质团队负责该实验的光电探测系统,为实验结果作出重要贡献。王萌教授目前任PandaX国际合作组机构委员会主席、粒子物理与粒子辐照教育部重点实验室副主任以及山东大学与上海交通大学光电探测联合实验室主任。

此次试运行中,我们也发现了超出预期的氚的本底污染,极大可能来自于PandaX-II结束前最后一次氚化甲烷刻度源的注入。PandaX实验组将加快开展对探测器中氚的提纯工作,预期将把探测器的本底降低一倍以上,从而以更高的灵敏度搜寻暗物质。