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全球科学家团队完成了下一代暗物质探测器的组装工作

发布时间：2024-07-24 15:11:06编辑：来源：

LUX-ZEPLIN实验的关键组成部分已准备好密封并降低到地下近1.5公里，在那里它将搜寻暗物质。

暗物质是一种神秘的物质形式，被认为占宇宙质量的85%左右。然而，由于预计它与普通物质的相互作用非常微弱，因此迄今尚未被发现。

LUX-ZEPLIN(LZ)将是有史以来最敏感的暗物质实验。7月26日，研究人员在南达科他州桑福德地下研究中心完成组装其液心氙时间投影室(TPC)的核心部件。

“这种氙探测器将成为LZ暗物质实验的核心，”伦敦帝国理工学院物理系的HenriqueAraújo教授说，他领导了LZ在英国的合作，共同领导了TPC的发展。来自SLAC加速器实验室的Tom Shutt教授。

13,500小时的努力

为了组装TPC，来自全球37个机构的250名成员聚集在一起，以确保满足项目的机械，光学，电气，放射和清洁要求。

最近在2019年7月26日在桑福德地下研究设施的表面装配实验室洁净室中组装的LUX-ZEPLIN氙探测器。信用：Matt Kapust。

2015年开始制造组成TPC的数万个组件，并于2018年12月开始组装仪器。整合阶段涉及13,500小时的努力 - 其中很大一部分用于维持所需的超洁净地面装配实验室的条件。

接下来，它将被插入其低温恒温器容器 - 一个保持低温的室 - 并在地下降低近1.5公里成为废弃的金矿，随时准备好检测暗物质。计划于2020年中期开始运营。

“我们与太空计划有一些共同之处，”Araújo教授说。“在你发布之前，你在地面上做了多年的所有工作，完善了工程，所以你的仪器无论如何都会工作.LZ有点像太空实验，只是朝着相反的方向前进。我们无法将它暴露在地下空气 - 这会影响它的性能。一旦你将它部署在地下，那就是它。它必须工作。“

检测WIMP

一旦进入地下，探测器将被冷却至-100°C并充满10吨液体氙。因为氙是一种重元素，氙原子与假想的暗物质粒子相互作用的可能性更高，称为WIMPs-弱相互作用的大质量粒子。

研究人员认为，如果WIMP与氙原子相互作用，它将产生两次闪光。当粒子与氙原子碰撞时会迅速出现，氙原子通过液体反弹。第二个是由碰撞抖落的电子产生的，这些电子被引导到探测器的顶部并通过液体上方的气态氙层加速。

虽然这些闪光灯对于人眼来说是不可察觉的，但探测器内衬有数百个光电倍增管。这些超灵敏传感器甚至可以放大来自单个光子的信号。

几十年的发展

LZ采用的TPC设计经过数十年的类似探测器实验已经完善，研究人员可以确定相互作用发生的位置，以及是否可能是由于仪器中的背景相互作用或真正的暗物质信号。其中包括以帝国为首的北约克郡Boulby矿的ZEPLIN-III实验，以及由主导的LUX实验，该实验产生了LZ。

埋藏在地下深处可以保护实验免受来自表面上容易检测到的过程的过多背景相互作用，这些过程可能使暗物质信号模糊不清，例如从外太空淋浴地球的宇宙射线。

Shutt教授说：“TPC是一个复杂的系统，它是完全组装的一项重大成就。它使我们向能够寻找暗物质迈出了重要的一步。

“这也令人欣慰，因为它涉及组装由和英国多年来小组设计和建造的大量子系统。因此，这是合作的各种组合。”

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