寻找wimp的暗物质探测器

相互发射质子以产生暗物质可能是解决问题的一种方法这种难以捉摸的物质是什么，但另一个是通过探测暗物质粒子，我们相信暗物质粒子每秒钟都在轰击我们。但是我们要怎么做呢?上个月，英国科学家获得了一笔拨款，用于建造迄今为止最大的暗物质探测器!它被称为LZ——Lux Zeplin的缩写——它将被深埋在美国的地下。像伦敦大学学院的Cham Ghag博士这样的科学家，他是参与该项目的研究人员之一，希望在2021年开始看到结果，正如他向克里斯·史密斯解释的那样……

因此，LUX Zeplin或LZ实验将在南达科塔州黑色山丘的地表下大约1.5公里处进行。

克里斯:你说的地下深处到底是什么?是像矿井之类的吗?

Cham -是的。这里曾经是一座金矿。所有的采矿公司都结束了，现在，这是一个专门的科学实验室，有几个实验，准备好了。

克里斯-为什么要在地下1.5公里的地方做这些实验?

Cham -这类实验必须用低放射性材料进行。那是因为我们真的是在大海捞针，我们想让他们的大海捞针越小越好，因为所有的材料都带有一些微量的放射性。

特别是在地球表面有很多这样的东西。我们受到宇宙射线的轰击，所以，为了远离宇宙射线，作为第一道防线，抵御所有这些放射性物质我们试图从暗物质中找到最微弱的信号，我们进入地下深处。这确实保护了我们免受宇宙射线的伤害。

克里斯-什么，探测器是你的大楼吗?它将如何运作?

那么，探测器被安装在一个俄罗斯娃娃里，第一道防线就是地球本身。我们上方有1.5公里的岩石。但是一旦我们进入地下实验室，我们有一个巨大的水箱可以保护探测器不受来自岩石和实验室周围环境的辐射。然后在那里面，我们有主要的LUX Zeplin仪器本身它本质上是一个液体氙气罐。

克里斯:你为什么需要氙气?

所以，氙是一种非常有效的闪烁体，也就是说，如果你有什么东西给一个氙原子一个掠过的打击，虽然它只会移动一小部分一毫米，这个微小的能量沉积在氙中，它只会产生一些闪光，一个闪光带有几个光子。所以，我们在探测光和氙释放的电荷当它与任何物质相互作用时。

克里斯-当你的探测器运行时，我们预计这种情况发生的频率是多少，一天中有多少粒子，或者说，有多少机会看到这种情况发生?

嗯，有两件事我们不知道，那就是WIMP粒子的质量和相互作用的横截面，也就是说，我们不知道它与原子相互作用的可能性有多大。这种暗物质相互作用的频率非常低，所以经过几年的运行，我们只期待少数几个事件。

克里斯:有没有其他东西看起来像暗物质粒子，让你以为你看到了一个，但你看到的是完全不同的东西。

湛:是的。中子尤其是个麻烦的背景。它们既是一种祝福也是一种诅咒，因为我们用中子来校准我们的探测器，“好吧，如果暗物质真的撞击了，它会是什么样子?”

这是因为中子产生的特征与wimp非常相似。但是中子可以从暗物质中分离出来:探测器太大了，以至于任何进入的中子都可能反弹几次。相比之下，暗物质粒子，如果我们能看到它一开始就撞上原子就很幸运了。它不会在探测器内再次相互作用。

所以，单一相互作用意味着暗物质。多指中子。

克里斯:如果你确实看到了一些碰撞，你能推断出什么?

Cham -我们探测到的事件数量将告诉我们暗物质粒子与普通原子实际相互作用的横截面。所以，这给了我们一个很好的处理与标准模型粒子相互作用的方法。

最重要的是，我们看到的事件的能量分布，告诉我们粒子本身的质量。所以，如果我们有非常高能量的事件，那就对应于暗物质粒子本身是一个非常大的粒子。如果它们都聚集在非常低的能量上，那就告诉我们暗物质粒子是低质量的或轻的WIMP。

克里斯-你是一系列暗物质粒子探测器中最新的一个。为什么你的祖先失败了，为什么你认为这次实验会有所不同?

Cham -所有这些实验都在挑战极限，越来越深入到未知参数的基础上。所以，他们没有看到暗物质，但那是因为自然界不是那种。我们需要在搜索中变得更复杂、更大、更敏感，并且越来越深入。

因此，与之前的实验失败相比，我们一直在发展技术，使其达到探测器的大小或许多吨目标的规模，并且具有较低的能量阈值，这样我们就可以看到最罕见，最微小的相互作用。

所以，我们希望现在，我们已经有了技术准备，可以真正进入我们希望暗物质存在的地方。