科学家拟将寻找暗物质实验转入地下2000米进行

2010-7-27 10:46 来源: 新浪科技
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  暗物质实验或将转移至加拿大安大略省萨德伯里市的SNOLAB地下设施内进行。

  北京时间7月27日消息,据英国媒体报道,科学家正寻求将寻找暗物质的地下实验转移至更深的地点进行,因为经过地球的宇宙射线可以完全覆盖地下实验寻找的暗物质事件。研究人员希望在寻找暗物质的过程中尽量消除宇宙射线的干扰,即便这意味着要将实验移至地下2000米的深处进行。

  探测粒子相互作用

  在地下2000米处进行实验,可以帮助科学家确切识别形成暗物质的粒子。作为低温暗物质搜寻II(简称CDMSII)计划的团队成员,美国雪城大学的马雷克-科斯(Marek Kos)博士在法国巴黎召开的高能粒子国际大会(ICHEP)上简要描述了该计划的实施情况。他说,实验地点可能会从美国明尼苏达州的一个矿井转移到加拿大安大略省一个更深的设施内进行。

  我们肉眼可以看到的物质占宇宙物质总量的17%,而剩余83%则是“暗”物质,也就是说,它们不反射或释放科学仪器能够探测到的光。不过,科学家可以通过暗物质施加给发光星系和恒星的引力推测这种神秘物质的存在。虽然科学家不清楚暗物质的具体成分,但目前流行的一个理论认为,暗物质是由大质量弱相互作用粒子(Weakly Interacting Massive Particles,简称WIMPs)构成的。

  这种理论的支持者认为,每一秒都有大量大质量弱相互作用粒子从地球经过。然而,由于它们与正常物质的相互作用非常微弱,科学家难以发现这种粒子的踪迹。像低温暗物质搜寻II的实验项目希望利用探测器测量粒子的大规模互动,发现大质量弱相互作用粒子引起的此类互动。低温暗物质搜寻II实验在极低的温度下进行,用以探测粒子撞击探测器内的锗硅晶体原子时释放的能量。

  减轻宇宙射线影响

  低温暗物质搜寻II实验设施目前安放在明尼苏达州苏丹矿井内,实验在地下2341英尺 (约合714米)处进行。而最初,实验则是在斯坦福大学校园内的一个隧道内实施。科斯对此表示:“如果我们在苏丹矿井的实验再次取得成功,我们计划在更深的地方进行实验——加拿大安大略省萨德伯里市的SNOLAB地下设施。”

  “这相当于是6000米的水下——这一数据被用于将其与别的实验进行比较,但实际情况却是地下约2000米处。”在这种深度下进行实验有助于减少宇宙射线μ介子的背景信号。只有将实验地点转移到更深的地下,才能减轻这种影响。2009年,一些研究小组报告说,他们发现了可能来自于暗物质粒子的两个信号,这在当时的科学界引发了巨大轰动。

  但是,在发表于美国《科学》杂志的一篇论文中,他们又报告称,根据统计数据,这些信号源于大质量弱相互作用粒子的可能性很低。科斯在接受英国广播公司采访时表示:“我们刚一看到时,对那些事件持质疑态度。发现大质量弱相互作用粒子是个重大事件,你必须确保观测到正确的东西。”


  性能得到增强的新型探测器应该可以提升发现大质量弱相互作用粒子的可能性。

美宇航局“费米”太空望远镜尚未发现暗物质相撞的证据。

  探测器越大越好

  科学家目前正将经过升级的探测设备安装到苏丹矿井中。科斯说:“我们制造了更大的探测器,其中一些已经安装在地下开始运行。”这些新设备将帮助排除假阳性信号。它们可以发现两类粒子的相互作用:反冲电子和核反冲。撞击探测器的大质量弱相互作用粒子有望产生核反冲。但是,某些反冲电子看上去与核反冲很相像——这些被科学家称为“表面事件”。

  按照设计,新探测器更善于将大质量弱相互作用粒子与“表面事件”区分开来。科斯博士表示,团队成员迫切希望新探测设备可以在今年秋天以前全部安装完毕,但迄今尚未有一个确切的时间表。与此同时,其他几个实验也正加入到寻找这些粒子信号的国际努力中,例如大型地下氙(LUX)实验。

  同低温暗物质搜寻计划一样,这个实验旨在直接探测大质量弱相互作用粒子,只不过使用不同的技术,并且在美国南达科他州的霍姆斯塔克矿井内进行。另外,美宇航局“费米”太空望远镜正采用不同的方法试图锁定暗物质踪影。它将寻找太空中暗物质“湮灭”的证据。

  当两个大质量弱相互作用粒子相撞,产生伽马射线,就会发生湮灭事件。像“费米”太空望远镜携带的探测器就能捕捉到这些伽马射线。但是,参与这项研究的罗伯特·约翰逊博士在高能粒子国际大会发言时表示,他们尚未发现此类事件的证据。