417天监测后,科学家确认:太阳中微子或已出现,暗物质仍无踪迹

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在美国南达科他州地下一英里深处,有个叫LUX-ZEPLIN(LZ)的探测器刚结束了一项大型暗物质搜寻。科学界认为它是目前最灵敏的暗物质探测实验之一。通过417天的数据分析,得出两个主要结论:太阳中微子越来越接近被

  在美国南达科他州地下一英里深处,有个叫LUX-ZEPLIN(LZ)的探测器刚结束了一项大型暗物质搜寻。科学界认为它是目前最灵敏的暗物质探测实验之一。通过417天的数据分析,得出两个主要结论:太阳中微子越来越接近被确认,但仍未找到暗物质的明确证据

  模拟图中,星系团(中)由气体(右)和不可见的暗物质(左)连接而成。

  这项研究于北京时间12月9日发布,同时提交给了《物理评论快报》。研究团队还在桑福德地下研究设施做了报告,介绍了最新情况。

  这次实验有两个明确目标:一是寻找低质量弱相互作用大质量粒子(WIMP),这是大家最关注的暗物质候选者;二是确认探测器是否捕捉到了来自太阳内部的硼-8中微子。因为在一些理论里,中微子与氙原子的相互作用可能与暗物质的“信号”相似,所以要先确认中微子,不然可能误判。

  实验在一个装满液态氙的圆柱形容器里进行。当粒子撞击氙原子时,会产生微弱的光和电子,研究人员就靠这些信号来判断发生了什么。

  LUX-ZEPLIN 主探测器在地下安装前的地面实验室中。

  在这417天里,中微子的线索越来越可靠。研究团队对硼-8中微子与氙的相互作用达到了4.5σ的置信度——快达到物理学界认可的“发现”标准了。要知道,在十吨级的氙探测器里,一个月大概才发生一次这样的事件,所以这个进展对将来减少误判很重要。

  相比之下,暗物质还是没有动静。研究人员主要寻找的是一种“相干核反冲”的信号——如果WIMP撞上氙原子核,会使整个原子核一起“后退”,这种反冲在液氙里很特别,只要出现就能识别。但团队没能观测到预期的反冲信号。

  不过,在物理研究中,“没有发现”也能缩小暗物质可能存在的范围,给后续研究提供方向。

  下一次实验计划在2028年开始,时间会更长,预计运行一千天。更长的数据积累意味着有更多机会捕捉到罕见事件。除了继续寻找WIMP和太阳中微子外,研究团队还希望借此探索超出标准模型的物理现象。

  参与研究的学者提到,在暗物质研究的几十年里,一个事实不断被证实:大自然不一定按人们想的方向发展。许多看起来“美好”、“理想”的理论,最终可能被实验推翻。但这正是科研的价值:即使结果不是我们想要的答案,但是每一步都在缩小未知范围

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