新的暗物质探测器对暗物质敏感的100倍

黑暗的探测器勒克斯在南达科他州的老霍维斯矿的戴维斯室内。该厅被命名为Raymond Davis，他于2002年赢得了诺贝尔物理学奖，用于在同一室内的实验，检测到太阳产生的中微子。

一个科学家团队正在建立一个被称为Lux-zeplin的暗物质探测器勒克斯的超级化版本，这将比其前身大约100倍对暗物质更敏感。

“对我留下的是什么让我留下了深刻的印象，”天体物理学家詹姆斯·克拉利，博士说，谈到他旅行的垂直英里到达地下暗品实验的网站。“你可以看到你在一个相当好的夹子上移动，顺便说一下，它的时间比笼子掉落的笼子慢三倍。我们花了10分钟才能下来一英里。你只是在一段时间内观看地球闪烁，虽然你经过一个登上隧道。“

矿山是霍普矿，一个铅，南达科他队的牵引金矿，已被转换为需要屏蔽宇宙辐射的地下室住房物理实验的沃伦。

其中一个实验是Lux探测器，旨在检测WIMPS（弱相互作用的大规模颗粒）。WIMPS是假设的亚基颗粒认为，以与电子和夸克弥补普通物质的方式不同的方式构成暗物质。但与其他颗粒相比，WIMPS难以捉摸，很少与普通物品相互作用，所以迄今为止尚未找到任何漏斗。

华盛顿艺术与科学教授在圣路易斯的艺术和科学教授是一个共同调查员，位于一个叫做Lux-Zeplin的超级化版本的勒克斯，这将比暗物质大约100倍。它的前身。Lux-Zeplin和另外两家暗品实验在竞争的暗品实验中幸存下来，并获得了7月份的能源部和国家科学基金会资金。

一个巨大的氙气求
解WIMPS的问题并不是那么他们很少见，但他们很少与普通事事互动。“十亿暗物质粒子每秒都经过你，但你必须等一千年来才能与你互动，”巴克利说。

探测器基本上是一个巨大的液体氙气，一米和半高，一米半的液体。“这个想法是WIMPS和氙原子的核之间的罕见碰撞将以顺序光信号的形式留下可检测的签名（参见下面的图示）。

当一个黑猩猩轰击氙核的细胞核时，核反冲，脱落光子和电子。通过光电倍增管（腔室顶部和底部的蜂窝状管来检测称为提示信号或S1的光子。由电场驱动，电子漂移到腔室的顶部，从而发出第二闪光，称为S2信号，当它们打破氙的表面并进入其上方的气体。光电倍增管也拾取了这种更强烈的信号（红色和黄色）。双闪烁，它们的时机及其实力应允许科学家消除除Nearlinos之外的所有非WIMP辐射，这是该探测器的不可缩短的背景。

氙气作为痕量气体存在于地球氛围中，但仅在每1150万左右的水平约为一部分。可用量的氙是作为氧气和氮气在液体空气中分离的副产物的副产品。液氧含有少量的氪和氙，其又可以通过进一步加工分离并浓缩。

因为它很少见，氙是昂贵的。新探测器呼吁百万升，这是巴克利计算的占世界年产氙生成的20％。1999年，一升氙气成本15美元，因此填补勒克斯·塞普林的成本将是1500万美元。

但由于氙卤素照明的普及，价格已经飙升。物理学家希望LED将在照明市场中取得足够的进军，以便在他们才能下订单之前再次下降。

WIMP的狩猎：许多痛苦的痛苦，一个懒散的勒克斯
- Zeplin听起来像一个万无一失的黑猩猩陷阱，但巴克利知道这是一个赌博。“如果现在运行的任何暗物质实验显示强大的信号，我实际上会感到惊讶，”他说。

为什么如此悲观？嗯，最重要的是，尽管物理学家都存在一定的黑暗，但他们不确定它是什么。因此，当他们回到一个暗物实验时，它们有效地赌注。

即使Lux-zeplin团队正确地猜测了粒子的质量并与氙气正确地匹配，它们仍然必须发现非常罕见的事件 - 大致一核再次反冲每年 - 隐藏在普通物质的比特之间的许多发光相互作用中。

要使信号流行，他们已经完成了他们可以抑制背景的一切。探测器位于地下深处，以阻止宇宙射线。坦克是由“安静”的材料制成的，所以他们自己并不是闪烁的光源。探测器用其自己的光电倍增管包裹在水夹套中，因此将水的非WIMP颗粒作为背景被拒绝。

氙气坦克被超越到揭露中子，其中一个副手WIMP伪装者。在较大的坦克中会有足够的氙气中的中子可能在其体积内相互作用，而羞怯的WIMP只会互动一次。

即便如此，这将归结为统计数据和信心水平，巴克利说。“以前的这种类型的实验，所有这些都看到了几个近阈值的事件，并且球队很难说服他们不仅仅是背景的人，”他说。

这就是为什么巴克利是近期高能量物理界的长期策划练习的一部分，认为物理学家应立即从几个不同方向上偷偷摸摸。“你可以看到这些深层地下探测器，这些探测器寻找闪光的闪光，或者你可以将伽马射线望远镜转动到暗物质最集中并寻找暗物质以消灭伽玛射线的暗物质。”

巴克利说，这两种称为直接检测和间接检测的技术具有互补的优点和劣势。

黑暗的心脏暗
物质是什么？“我们习惯了行星，星星，星际气体云和其余部分的东西 - 在宇宙的整个物质能量含量的馅饼中只构成了一个小楔子，”巴克利说。“宇宙的大部分是在黑暗部门，以一种未知的黑暗形式。”

“引力地，至少，暗杀表现就像其他问题，”巴克利说。“事实上，我们知道它是因为它对星系中星星的轨道和星系的相对运动的引力影响存在。”

第一个暗示其他东西出来的东西来自星系表现奇怪。星系郊区的星星和天然气应该比中心附近的人慢慢地移动，但天文学家注意到，在一些星系中，外星在中心迅速移动。他们得出结论，看不见的吸引力在星系中握住了外星，尽管它们的速度，但是尽管它们的速度向外伸出。

首先，科学家们想知道他们是否刚刚略微错了重力。但后来他们开始注意到无法通过改进的重力解释的效果。

暗物质既不发出也不发光，但它仍然可以通过称为重力透镜的效果“看到”。由于巨大的物体扭曲了空间时间，因此来自远距离星系的光线围绕暗品簇弯曲，使星系出现在观看者上是环或电弧区段而不是点源。

这种效果使得可以在称为子弹簇中捕获暗物质的壮观形象。图像（下图）显示了两个碰撞并彼此传递的两个星系簇。普通的物质在中心聚集在一起，但是黑暗物质通过碰撞通过并结束了普通物质的两侧。“在这个星系中
，”巴克利说，“黑暗物品在一个地方和普通物质（以星际气体的形式）在另一个。这意味着我们并不是说，我们在大距离尺度上得到了重力定律;黑暗物质必须像一个未知的粒子一样。“

“所以在这一点上，证据表明是看不见的暗物质，它看起来像粒子，”巴克利说，“并且有一个令人思想的暗物质的令人束缚的争论，包括弱互动的黑暗颗粒。”

“那个想法，”他说，“真的始于我们部门的Ram Cowsik。他共同撰写了一个精美的纸张，说弱互动的颗粒在宇宙历史上很早就脱离了均衡。如果他们早期脱钩，他们会受到保护，并形成一个遗留的人群，直到今天持续存在。“

“这个论点是生存疲软。粒子越弱，依赖密度越大，RAM旨在提前退出的粒子自然会使我们在今天在宇宙中看到的质量密度。“

“这是一个简单的人，是我们在霍奇矿上寻找Wimps的原因，”巴克利说。

黑色在浅
滩掩饰，因为这一切都没有绕过这一事实，因为大多数人类历史天文学家只集中了4％的宇宙，在其余的幸福的无知。这足以让任何人都知道人类理解的极限。

也许这就是为什么巴克利作为天体物理学家花了他的工作生活，询问关于自然和生活的非常重要的问题，有时会说声音比科学更哲学。

他说：“如果暗物刚刚与普通事物互相互动，我们将永远不会在实验中看到它，那就评论了勒克斯 - Zeplin的几率他问。“那种很酷。

“毕竟，它写在哪里，一切都应该理解？我们相信有一份合同，表示人类最终能够理解一切，但如果这不是真的，那就怎样？“

然后他带来了黑暗部门的可怕的“第二楔子” - 黑暗能量。如果可能，暗能量甚至比黑暗物质更可理解。“黑暗的事情至少表现得像其他事物的重力一样，”他说。“但是黑暗能量甚至没有这样做;它的击退而不是吸引其他物质。“

“如果目前对黑能的了解是正确的，”他继续说道，“宇宙将扩大得如此之快，即遥远的星系从我们的观点来看，我们将越来越少了有关宇宙的信息， “巴克利说。

“到目前为止，我们一直很幸运，我们已经能够了解这么多的明星，”他说。“我们出生在一段时间我们能看到进一步的外，我们将来能够在未来看到，在我们实际学到更多的时间。”

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图片：Carlos Faham / LBL; David Malling / Brown University和Carlos Faham / LBL