最大最靈敏的暗物質實驗揭開序幕

畫家筆下安裝在液態氮氣缸內的一公噸液態氙
目前世上最大最靈敏的暗物質實驗設備,「一公噸液態氙」XENON1T,上星期三(11月11日)在意大利格蘭薩索(Gran Sasso)地下實驗室揭開序幕。    沒有開暗物質與暗能量,宇宙無法維持現有的星系旋轉與膨脹速度。但是標準模型中並沒有描述這二者的候選粒子,因此科學家認為需要拓展現今的標準模型,許多新物理模型應運而生,其中超對稱理論備受青睞。它認為至今發現的每一個粒子都有一個通常來說更重一些的伙伴粒子,有一些則是大質量弱相互作用粒子(Weakly Interacting Massive Particle,簡稱 WIMP),它是一種仍然停留在理論階段的粒子,卻是暗物質最有希望的候選者,在大爆炸中應被創造出來的WIMP的數量,恰好也符合宇宙學估測出的暗物質密度。    但暗物質的尋找過程甚是艱難。當前想要尋獲暗物質有兩個辦法:將儀器送上太空,或者放入地下。後者是一個進行暗物質探測實驗的最理想所在,因為地下深處可很大程度上免受宇宙射線的攻擊。此次參與「液態氙」XENON聯合實驗的125名科學家將3.5噸液態氙作為搜捕暗物質的工具,並對其反應進行監控。液態氙屬於冷物質,重量是水的3倍。該實驗所用已遠遠超過當今世界上最先進的暗物質探測實驗,美國桑福德(Sanford)地下研究中心大型地下氙探測器(Large Underground Xenon,簡稱 LUX)裡370千克氙的重量。而在2013年,LUX實驗曾排除了大質量弱相互作用粒子作為暗物質候選者的可能,即是說其尋找暗物質未獲成功。    XENON1T預計將於2016年3月底開始收集數據。該實驗如能發現暗物質,無疑將寫入歷史;反之,它將終結掉一個備受歡迎的暗物質的候選者,同時也是標準模型的擴展理論。目前,歐核中心地下的大型強子對撞機(Large Hadron Collider)也在對大質量弱相互作用粒子進行追尋,以期發現超對稱粒子的蛛絲馬跡,防止這一理論壽終正寢。 【圖、文:節錄自國家航天局網頁】

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