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    我国科学家在暗物质直接探测领域取得重要进展

    日期 2018-07-03   来源: 数理科学部    作者: 李会红   【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(项目编号:11475092、11475099、11675088、11725522)等资助下,清华大学牵头的中国暗物质实验(China Darkmatter Experiment,CDEX)合作组在暗物质直接探测领域取得重要进展,在4-5 GeV能量范围内自旋无关暗物质直接探测灵敏度达8×10-42 cm2, 是该能区正式发表的最好结果。相关成果以“Limits on Light Weakly Interacting Massive Particles from the First 102.8 kg × day Data of the CDEX-10 Experiment(基于CDEX-10实验首批102.8公斤·天数据的轻质量暗物质限制)”为题,于2018年6月13日在线发表于Physical Review Letters(《物理评论快报》)上,论文链接为:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.241301。

      暗物质是指不参与电磁相互作用和强相互作用,但参与引力相互作用的不可见物质。天文学观测和研究表明,暗物质广泛分布在宇宙的各个角落,约占整个宇宙物质质量的85%,在物质起源和宇宙演化过程中具有十分重要的地位。当前暗物质探测方法大体分为三类:间接探测实验、直接探测实验和加速器实验。

      2018年CDEX合作组在102.8公斤·天的物理数据基础上,给出4-5 GeV能量范围内自旋无关暗物质探测灵敏度为8×10-42 cm2的世界最好水平,该研究结果是CDEX-10实验的第一个物理成果。CDEX合作组在国际上首次采用液氮直冷方式,建立和运行总质量约10 kg的点电极高纯锗探测器阵列进行暗物质直接探测实验,并通过多种技术手段有效降低探测器的测量阈值,以及环境辐射、探测器自身材料放射性等本底的干扰。

      CDEX合作组是由清华大学牵头,由四川大学、南开大学、中国原子能科学研究院、北京师范大学、雅砻江流域水电开发有限公司等单位的研究人员联合组成。目前正在锦屏地下实验室二期空间安装一个容积约为1700 m3的大型液氮恒温器,预计将于2018年底投入使用,CDEX-10实验将在该大型恒温器内运行,预期将取得更多更好暗物质物理成果,并为未来吨量级暗物质直接探测实验奠定基础。

    图. (左)直接浸泡在液氮介质中的真空封装高纯锗阵列系统及其中一个三单元高纯锗阵列的内部结构示意图。(右)红线CDEX-10自旋相关暗物质实验结果,黑色虚线为未来实验预期灵敏度结果。




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