李淼:暗物质的发现比上帝粒子更重要(组图)
2010年12月,中国锦屏极深地下暗物质实验室正式挂牌。该地下实验室有一个40米长、6.5米宽、8.5米高的实验大厅,尽管目前大厅总容积不是很大,但它是目前世界上条件最好的地下实验室:首先,它是当前世界上最深的地下实验室,上方有2.5公里岩层覆盖,宇宙射线通量最少,每平方米每周只有一个μ子通过,比意大利GRAN SASSO实验室小300倍。其次,地下实验室所在处不是花岗岩,而是大理岩,其自然放射性相当低,实验检测发现其天然放射性比洞外的岩石都低,和意大利GRAN SASSO的岩石相比,放射性元素铀的含量低了3倍。这些都为暗物质直接探测实验提供了非常好的条件。目前地下实验室的各个物理参数,包括宇宙射线通量、光子和中子的通量,都在测量之中。
DAMA实验
DAMA实验位于意大利的GRAN SASSO地下实验室,选取碘化钠晶体做探测器,使用了非常灵敏的光电管来探测碰撞后产生的光信号,光电管可以探测到一个光子(肉眼在白天每秒会看到1016个光子)。中科院高能所有几位科学家是该实验组成员。DAMA经过了十几年的观测,宣布发现了WIMP的年调制信号,所谓年调制, 是指WIMP相对于太阳的速度是一定的,而地球在围绕太阳公转,因此,WIMP相对于地球的速度在冬天和夏天稍有不同,WIMP信号的事例率也会有周期一年的起伏。不过这一结果没有得到其他实验组的证实。
CRESST实验
CRESST实验同样位于GRAN SASSO,该实验使用钨酸钙(CaWO4)晶体作为探测器。它们将晶体冷却到零下273摄氏度,只比绝对零度高0.05摄氏度。WIMP碰撞的热信号会造成晶体温度升高0.01摄氏度,再通过高灵敏度的“温度计”来测量温度变化。CRESST一期结果已经发表,没有找到暗物质,二期结果正在分析之中。
XENON100实验
位于GRAN SASSO地下实验室的XENON100实验是目前灵敏度最高的实验之一,上海交通大学是参加实验单位之一。XENON100使用了165公斤的液氙作为探测器,能够探测光信号和电信号,通过两者之间的比例关系,可以更有效地区分WIMP信号和外界普通粒子引起的信号,从而大大提高了实验灵敏度。在2010年初发表了一个月的观测结果,并没有看到暗物质粒子。目前该实验已经采集了一年的数据,正在紧张地进行数据分析。是否会发现暗物质粒子,大家都拭目以待。
CDMS实验
CDMS实验位于美国SOUDAN地下实验室,它使用硅晶体和锗晶体作为探测器。CDMS经过一年多的观测,在2009年底发表了测量结果,宣布找到了两例疑似WIMP信号事例。尽管有一定的可能性是噪声事例,还是引起了科学界的极大关注。
CoGeNT实验
CoGeNT实验使用高纯锗探测器来观测WIMP碰撞产生的电信号,也发现了疑似信号事例,还有待于进一步证实。
(该内容引自上海交通大学粒子物理宇宙学研究所研究员刘湘《寻找暗物质,锦屏来了》一文)
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