全球熱文：世界上最敏感的暗物質探測器開始加入尋找WIMPs的行列

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一個世紀以來，科學家們已經意識到，我們對宇宙的觀察跟標準模型的預測不一致。越來越多的證據表明，有大量的不可見物質影響著我們通過引力可以看到的東西。但令人沮喪的是，這種所謂的“暗物質”仍沒有被直接探測到。

而這并不是因為缺乏嘗試。幾十年來，許多實驗都在以各種方式尋找信號，但卻一直沒有得到任何消息。不過，無效的結果并不是完全被淘汰--每一個結果都有助于排除具有某些質量或其他特性的候選粒子并縮小下一代暗物質探測器的狩獵范圍。

而現在，最新一代的探測器正在啟動。顧名思義，LUX-ZEPLIN實驗是之前兩個實驗LUX和ZEPLIN的繼承者，但這個實驗對可能的暗物質信號的敏感度至少是其前身的50倍。

LZ正在尋找一種特定類型的暗物質候選者--被稱為弱相互作用大質量粒子(WIMPs)，據推測，這些粒子在早期宇宙中被創造出來，現在仍會在周圍游蕩。如果是這樣，它們將通過引力和弱核力跟普通物質相互作用并產生跟暗物質相關的天文異常現象。

當這些WIMPs在宇宙中漂移時大多會無視正常物質并直接穿過整個行星--甚至是我們。但偶爾，它們會撞上一個原子核并產生一個信號，這個信號用合適的設備就可以探測到。

而LZ就是合適的設備。該實驗涉及到一個巨大的原子體積供WIMPs碰撞。其目標是一罐超純的液態氙，如果被一個游蕩的WIMP干擾，它就會發出一道閃光并將一個電子打散，這兩種情況都能被罐內的傳感器接收到。該設施建在地下1.5公里處并被包裹在一個大水箱中以防止中子等其他粒子產生假陽性反應。

這是LUX和ZEPLIN都使用的相同的基本裝置，但LZ有一些新的技巧。首先，罐子本身要大得多--原來的LUX使用370公斤的氙氣進行主動探測，而LZ裝了7噸，這大大提高了其靈敏度。

為了幫助將舊粒子產生的事件跟潛在的突破性WIMP探測區分開來，外水箱還包含一個新的傳感器陣列，可用于探測已知粒子何時飛過。這樣一來，在氙氣中伴隨著水里的信號的任何事件就可以被排除在暗物質探測之外。

所有這些進展使LZ的靈敏度是其前身實驗的50多倍，另外其還獲得了目前世界上最敏感的暗物質探測器的稱號。

LZ從2021年12月開始進行了60天的測試運行，在這段時間里，它沒有檢測到任何超出預期背景噪音的過量事件。但這只是一個開始，該實驗預計將在其生命周期內收集1000天的數據。也許等到它完成的時候，我們可能最終對這個宇宙之謎有一個答案。