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我學者發布“熊貓計劃”最新結果 刷新世界紀錄

本報上海8月8日電 (記者曹繼軍、顏維g)北京時間8月8日淩晨,上海交通大學鴻文講席教授、“熊貓計劃”(PandaX)項目負責人季向東博士在美國俄亥俄州哥倫布市舉辦的2017年度國際高能粒子天體物理大會(TeVPA 2017)上宣布了“熊貓計劃”項目合作組最新暗物質探測實驗結果:該項目在高達54噸·天的國際最大曝光量下,得到了暗物質與核子的碰撞截面小於6×10-47cm2的限制,再次刷新了對暗物質粒子性質限制的世界紀錄。這是“熊貓計劃”繼2016年7月發布580公斤級探測儀的首個探測結果後,第二次發布國際最靈敏暗物質探測結果。在過去的一年裏,通過對該探測儀進一步降低噪音和長時間的運行,使對暗物質和普通物質相互作用的探測靈敏度提高了4倍多。

暗物質是宇宙中不參與“電磁”和“強”相互作用的全新未知物質,是普通物質的五倍多。揭開暗物質微觀粒子本質是21世紀物理與天文學最重要的科學目標之一。上海交通大學主導的“熊貓計劃”使用液氙作為探測儀靶材料,在2014年完成120公斤級“熊貓一期”探測儀的基礎上,自主研制了580公斤的“二期”探測儀。後者是目前國際上最大的暗物質直接探測儀器之一,自2015年11月起在四川涼山州地下2500米深的錦屏地下實驗室中運行。該實驗場所由清華大學和雅礱江流域水電開發有限公司共同開發。

暗物質探測的國際競爭非常激烈,所有實驗合作組都期望率先發現暗物質粒子的信號。已經結束運行的美國LUX合作組在2017年1月正式發表250公斤級探測儀過去四年運行的最終數據,超過了“熊貓計劃”在2016年7月發表的世界最靈敏探測結果。位於意大利的XENON1T是目前世界上運行中最大的暗物質探測儀,探測區域的液氙達兩噸。該實驗合作組於今年5月公布了首個結果,其靈敏度又超越了LUX。“熊貓計劃”二期探測儀的體量雖然不到XENON1T的三分之一,但憑借探測儀優質獨特的性能,經過近半年的持續穩定運行,合作組得到了超越XENON1T的最新探測結果,再次領跑暗物質直接探測的靈敏度。

記者了解到,“熊貓計劃”二期合作組在2017年初對探測儀進行了重要的靈敏度升級工作,將實驗中的放射性“噪聲”降低至原來的三分之一。項目組成員放棄節假日,爭分奪秒,長期堅守地下實驗室工作崗位,直到本階段數據采集於7月17日結束。為了盡快發布探測結果,上海交通大學的劉江來教授帶領多位研究人員夜以繼日完成數據分析工作。

據介紹,目前“熊貓計劃”二期探測儀的靈敏度已經深入到“弱相互作用重粒子”理論預言暗物質粒子存在的參數空間,即暗物質粒子質量以及它們同普通物質相互作用強度的可能區域。目前的實驗探測距離全面覆蓋參數空間的核心區域,還需要一到兩個數量級的靈敏度改善。國際上幾個主要的探測團隊都努力在激烈競爭中取得優勢地位。“熊貓計劃”二期探測儀需要在現有基礎上將體量升級,同時必須通過技術創新進一步降低本底噪聲,力爭領跑探測靈敏度,率先取得重大探測成果。

“熊貓計劃”二期得到了科技部“十三五”重點研發專項、國家基金委重點項目、教育部科技司、上海市科委、上海交通大學、雅礱水電、香港鴻文基金會,以及中國錦屏地下實驗室的資助與支持。



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