##

明尼苏达大学的研究人员正在设计低本底屏蔽装置，该装置可创造一个无微量放射性的区域，这些微量放射性可能会掩盖微弱的暗物质信号。图片来源：格雷格斯图尔特斯坦福直线加速器中心国家加速器实验室

明尼苏达大学科学与工程学院的科学家们在超级低温暗物质搜索（SuperCDMS）实验中取得了一个里程碑式的成果。该实验位于加拿大萨德伯里中微子观测实验室（SNOLAB）——这是世界上最深的地下实验室，旨在探测宇宙中看不见的质量，即暗物质。SuperCDMS团队此前宣布，他们已成功将实验冷却至工作温度，该温度比外太空冷数百倍。

暗物质由著名天文学家维拉鲁宾（维拉C鲁宾天文台即以她命名）正式提出假设，它是一种神秘的物质，理论上占已知宇宙质量的85%。尽管经过长期的持续研究，科学家们仍未找到这种物质的具体证据，也未确定其组成成分。不过，最广为接受的理论是它由通过引力与普通物质相互作用的大粒子组成，这一理论被称为冷暗物质（CDM）模型。

这项旨在探测已穿过地球的暗物质粒子的实验，由一个四米高、四米直径（约13×13英尺）的圆柱形外壳构成，外壳由多层超纯铅制成。这种屏蔽层能保护内部探测器免受辐射影响，包括高能宇宙射线穿过大气层时产生的中子和伽马射线。达到基温对SuperCDMS而言是一个重要转折，该温度为绝对零度（273.15℃；459.67℉）以上千分之一度，在这个温度下原子和分子的运动停止。

模拟宇宙中的暗物质。致谢与版权：汤姆阿贝尔及拉尔夫克勒（KIPAC，SLAC）美国自然历史博物馆

明尼苏达大学物理与天文学院教授、SuperCDMS项目发言人普里西拉库什曼在该校的一份新闻稿中表示：

达到基准温度是多年来建设低本底设施（该设施可容纳我们灵敏的低温固态探测器）的重要里程碑。在这些极低温度下，我们已安装的探测器现在能够扫描参数空间的全新区域，而最轻的暗物质粒子可能就潜伏在那里。

明尼苏达大学的研究人员除了设计和组装保护探测器的低背景屏蔽装置外，还开发了机器学习算法和分析技术。一旦实验投入运行，这些算法和技术将被用于从数据中快速提取暗物质信号。在达到基准温度后，合作团队将进入为期数月的探测器调试阶段，期间会开启、校准并优化每个探测器通道。

除了暗物质之外，SuperCDMS将使科学家能够研究稀有同位素、研究低至电子伏特级别的能量沉积，并可能发现新型的粒子相互作用。

暗物质不参与电磁相互作用，因此它既不发光也不反射光，这使得它难以被直接探测。目前科学家提出了多种暗物质候选粒子，其中弱相互作用大质量粒子（WIMP）是最受关注的候选之一，它被认为可能通过弱核力与普通物质发生微弱相互作用；另一种候选是轴子，一种假设的轻质量粒子，可能通过与光子的相互作用被探测到。

为了寻找暗物质，科学家采用了多种方法。地下探测器（如位于意大利的LUXZEPLIN实验）试图捕捉暗物质粒子与探测器中原子核的碰撞信号；粒子加速器（如欧洲核子研究中心的大型强子对撞机）则尝试通过高能碰撞产生暗物质粒子；同时，天文学家也通过观测星系团的合并（如子弹头星系团）来研究暗物质的分布和性质，这些研究都在逐步推进我们对暗物质本质的理解。

BY: Matthew Williams

FY: AI

如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处