图片由马修·卡普斯特提供，桑福德地下研究设施提供）

一个跨学科的研究团队正在努力将一个假想的粒子从外太空吸引到桑福德地下研究设施，该设施位于南达科他州铅镇19世纪70年代淘金热鼎盛时期的一座金矿内。

详细地说，他们正在寻找WIMP——弱相互作用的大质量粒子——它们被认为是在宇宙只有一微秒的时候形成的，并且可能存在于我们周围看不见的地方。该研究设施适合这种类型的搜索，因为其深度可以防止宇宙射线的侵入，否则会干扰实验。

如果观测到WIMP，它们可能会为物理学中一些最令人困惑的问题提供线索：暗物质的性质和宇宙本身的结构。

总部位于美国的这个小组正在使用大型地下氙ZEPLIN（LZ）实验，这是位于桑福德实验室的最灵敏的WIMP暗物质探测器。与在瑞士大型强子对撞机（LHC）等粒子粉碎器上进行的实验不同，LZ试图直接观察而不是制造暗物质。

马里兰大学研究教授安瓦尔·巴蒂表示，这两种方法都有利弊。

在他看来，找到无可辩驳的WIMP证据的可能性很小，但他希望以前未被发现的粒子将出现在他们的实验中，在他们的身后留下线索。

巴蒂说：“我们有可能看到暗物质的迹象，但它是否确凿还有待观察。”。

一个地下矿——完美的位置

首席科学家Carter Hall解释说，这些对暗物质的直接搜索只能在地下进行，因为研究人员需要消除表面水平的宇宙辐射，这种辐射会混淆暗物质信号，使它们更容易被错过。

霍尔解释道：“在这里，在地球表面上，我们不断地沐浴在宇宙粒子中，这些粒子正倾泻而下。其中一些来自银河系，一些来自宇宙。”。“我们的实验在地下一英里左右，那英里的岩石吸收了几乎所有的常规宇宙射线。这意味着我们可以寻找一些不怎么相互作用、不会被岩石吸收的奇异成分。”

在LZ实验中，粒子碰撞产生了光的爆发。然后，科学家们反向研究，利用这些闪光的特征来确定粒子的类型。

UMD研究小组校准了为LZ实验提供动力的仪器，该实验包括制备氚（一种放射性形式的氢）并将其注入液化形式的氙（一种密度极高的气体）中。一旦混合，放射性混合物被泵送至整个仪器，在那里可以观察到粒子碰撞。

研究人员随后分析了混合物的衰变，以确定仪器对非暗物质背景事件的反应。通过消除过程，研究人员了解了重要和不重要的互动类型。

霍尔说：“这告诉了我们暗物质不是什么样子，所以我们将在暗物质搜索数据中寻找不符合这种模式的事件。”。

研究人员还指出，在下一组数据发布之前，他们不会知道是否发现了暗物质。这可能需要至少一年的时间。

如果被探测到，这些WIMP粒子将促使对粒子物理学标准模型进行大规模修改，该模型解释了宇宙的基本力。虽然这项实验可以回答有关宇宙的紧迫问题，但很有可能它也会创造新的问题。

霍尔说：“这意味着，我们对自然界基本组成部分的许多基本观点都需要以某种方式进行修改。”。

来源：www.mining.com

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