暗物质实验

暗物质探测器

　　宇宙中有无数等待人类去探索的秘密，暗物质就是其中一个。过去75年，科学家一直在奋力寻找暗物质的粒子，但迄今一无所获。明年，他们也许能从深埋于意大利中部山洞的冰冷液体中找到答案。一个国际物理学家小组正在准备进行XENON100实验，实验虽简单却拥有远大目标：记录下弱相互作用大质量粒子(WIMP)撞向液态氙原子核、引发光闪和电荷的一刻。领导实施这项研究的哥伦比亚大学物理学家埃琳娜·阿普莉莱显得信心十足：“我们绝对能看到这些物理事件。”

　　根据最新的理论和发现，宇宙中暗物质的数量是构成我们普通世界的原子物质数量的6倍。尽管每秒钟都有无数暗物质从我们身边经过，但它们无影无踪，我们根本看不到它们的踪影；它们不带电荷，与原子物质间的相互作用并不频繁，科学家能发现它们的唯一途径就是布下一个“天罗地网”。目前，全球约有十个科学小组正在从事类似研究，但XENON100实验是迄今保密措施做得最好的。所有试验人员均在地表以下从事研究，避免探测器遭到背景辐射。

　　意大利格朗萨索(Gran Sasso)国家实验室位于一座山顶下4600英尺深处。XENON100是阿普莉莱之前关于暗物质试验XENON100的增强版，这次试验使用液态氙(室温下存在的惰性气体)捕捉弱相互作用大质量粒子。XENON100探测器是一种不锈钢圆柱体，外面是由两种铅和一层聚乙烯打造的保护性“城堡”。330磅的液态氙在里面将被冷冻至零下140华氏度。氙拥有一个独具魅力的特性：一旦WIMP粒子撞向其原子核，它会释放出瞬间的闪光。圆柱体顶部的一套传感器会记录下这一信号，同时顶部的传感器会探测WIMP粒子释放的电子。通过分析上述两个信号及测量它们的时间间隔，研究人员便能以三维形式锁定圆柱体内撞击点位置。

　　暗物质并不见得就是由WIMP粒子构成，但它们当仁不让是重要候选之一，因为WIMP粒子的存在会填补粒子物理学理论固有的漏洞。为解决这一矛盾，科学家提出，所有粒子都有质量超大的对应物或“超级伙伴”。Neutralino即便质量是质子的50倍，但在“超级伙伴”之中也是最轻的。它是WIMP粒子的重要候选。如果XENON100实验最终揭开了Neutralino之谜，这将是人类科学史上的重要一步。耶鲁大学物理学家、XENON100小组成员丹尼尔·麦克金赛说：“如果我们找到了暗物质，我们会发现，地球原来并不是由构成大部分宇宙的物质所形成的。”