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一個(gè)世紀(jì)以來，科學(xué)家們已經(jīng)意識到，我們對宇宙的觀察跟標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測不一致。越來越多的證據(jù)表明，有大量的不可見物質(zhì)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(zhì)”仍沒有被直接探測到。

而這并不是因?yàn)槿狈L試。幾十年來，許多實(shí)驗(yàn)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(jié)果并不是完全被淘汰--每一個(gè)結(jié)果都有助于排除具有某些質(zhì)量或其他特性的候選粒子并縮小下一代暗物質(zhì)探測器的狩獵范圍。

而現(xiàn)在，最新一代的探測器正在啟動(dòng)。顧名思義，LUX-ZEPLIN實(shí)驗(yàn)是之前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)LUX和ZEPLIN的繼承者，但這個(gè)實(shí)驗(yàn)對可能的暗物質(zhì)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(zhì)候選者--被稱為弱相互作用大質(zhì)量粒子(WIMPs)，據(jù)推測，這些粒子在早期宇宙中被創(chuàng)造出來，現(xiàn)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(zhì)相互作用并產(chǎn)生跟暗物質(zhì)相關(guān)的天文異?，F(xiàn)象。

當(dāng)這些WIMPs在宇宙中漂移時(shí)大多會無視正常物質(zhì)并直接穿過整個(gè)行星--甚至是我們。但偶爾，它們會撞上一個(gè)原子核并產(chǎn)生一個(gè)信號，這個(gè)信號用合適的設(shè)備就可以探測到。

而LZ就是合適的設(shè)備。該實(shí)驗(yàn)涉及到一個(gè)巨大的原子體積供WIMPs碰撞。其目標(biāo)是一罐超純的液態(tài)氙，如果被一個(gè)游蕩的WIMP干擾，它就會發(fā)出一道閃光并將一個(gè)電子打散，這兩種情況都能被罐內(nèi)的傳感器接收到。該設(shè)施建在地下1.5公里處并被包裹在一個(gè)大水箱中以防止中子等其他粒子產(chǎn)生假陽性反應(yīng)。

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(jìn)行主動(dòng)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(chǎn)生的事件跟潛在的突破性WIMP探測區(qū)分開來，外水箱還包含一個(gè)新的傳感器陣列，可用于探測已知粒子何時(shí)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(zhì)探測之外。

所有這些進(jìn)展使LZ的靈敏度是其前身實(shí)驗(yàn)的50多倍，另外其還獲得了目前世界上最敏感的暗物質(zhì)探測器的稱號。

LZ從2021年12月開始進(jìn)行了60天的測試運(yùn)行，在這段時(shí)間里，它沒有檢測到任何超出預(yù)期背景噪音的過量事件。但這只是一個(gè)開始，該實(shí)驗(yàn)預(yù)計(jì)將在其生命周期內(nèi)收集1000天的數(shù)據(jù)。也許等到它完成的時(shí)候，我們可能最終對這個(gè)宇宙之謎有一個(gè)答案。