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千米地下寻找暗物质:或破解宇宙起源

未解之谜 2018-06-28 08:50

  这张照片拍摄于2012年7月31日,由斯坦福实验室提供。展示的是工作人员正在LUX实验设施的顶部开展工作。如果一切顺利的话,该项实验获得的结果或将帮助解答长期以来困扰人们的有关宇宙及其起源的谜团

据国外媒体报道,科学家们正计划在美国南达科他州一座废弃的金矿内开展暗物质的探测。近期他们表示这项构思精妙的实验项目已经接近准备就绪,预计明年2月份便可以开始投入观测工作。

这项被认为是全世界迄今灵敏度最高的暗物质探测实验被安排在距离地表下方将近1英里的深处,位于一个灌满7万加仑(约合264立方米)水的水池之中。这样做是为了最大限度的将可能造成干扰的宇宙射线粒子屏蔽在外,从而提升对潜在暗物质粒子的探测灵敏度。科学家们周一表示,如果一切顺利的话,该项实验获得的结果或将帮助解答长期以来困扰人们的有关宇宙及其起源的谜团。

哈利·尼尔森(Harry Nelson)是美国加州大学生芭芭拉分校的一位物理学教授,同时也是这项被称作“大型地下氙实验”(LUX)的项目的首席科学家。他说:“我们可能会有令人兴奋的发现。我们所在的这一领域的一项残酷现实便是做什么都很贵,因此我们只能选择做那些我们认为是最为重要的实验。”

此次进行的这项实验同样不便宜,其耗资高达1000万美元。但是就和今年早些时候在瑞士的科学家们发现有“上帝粒子”之称的希格斯玻色子一样,发现暗物质粒子的消息同样将会震动整个科学界。

由于它们具有引力效应,科学家们得以知道暗物质的存在。然而和传统意义上的物质或反物质不同,到目前为止人们还未能实际探测到它们。整个宇宙中常规物质大约仅占到4%左右,暗物质则占了宇宙组成的大约25%。宇宙中剩余的大部分空缺由暗能量填充,这是另外一个巨大的谜团。

在南达科他州开展的这项研究工作可以追溯到2003年,当时科学家们在这里的Homestake金矿开展的实验取得了很好的成果。科学家们随后提出了需求,终于在今年7月份,在多年的经费筹措和谋划之后,LUX探测器被送进了这里的“斯坦福地下研究设施”,这一研究站位于地下4850英尺(约合1478米)深处。这里是一个废弃的矿井,1876年淘金热时这里曾经是矿工们通行的巷道。工作人员们花费两天时间才将这座电话亭般大小的探测器安放到位。在这里,探测器被进一步和宇宙射线隔绝开来。它被置入一个大型超洁净水池之中。

杰里米·莫克(Jeremy Mock)是加州大学戴维斯分校的一名研究生,他已经在LUX实验项目上工作超过5年时间。他说:“建设的阶段已经接近尾声,现在开始进入调试阶段,这就意味着我们开始在地下对系统进行操作了。”

这个地下储水池尺寸巨大,高20英尺(约合6.1米),直径25英尺(约合7.6米)。将精密的探测器缓缓的降至水池底部的过程花费了整整两个月的时间。科学家们目前正在努力完成最后的管路铺设工作,以便让探测器中的氙保持尽可能高的纯度。在探测器内部充满了液态的和气态的氙,这些氙会被不断地进行循环,并通过一台净化器进行净化,非常像病人进行血液透析治疗的过程。科学家们这样做是为了尽最大可能消除氙中的杂质以便提升探测精度。

尼尔森介绍说,去除水和氙中的杂质可以帮助排除可能造成假警报的干扰信号源。从而提升对暗物质探测的灵敏度。他将这一实验比作夏洛克·福尔摩斯的破案方法——排除已知,寻求未知。他说:“一旦开始取得数据,我们还将需要一到两个月的时间才能将探测器的精度提升至‘最灵敏’级别。”在那之后,科学家们期盼着能开始看到一些他们最希望看到的东西:某些未知的东西

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