中国暗物质实验获世界领先成果

中国暗物质实验获世界领先成果
科技日报记者刘园园
科技日报13日从中国暗物质实验（CDEX）合作组获悉，该合作组利用国际上第一个液氮直接浸泡制冷的真空封装点电极高纯锗探测器，在4-5 GeV范围内自旋无关暗物质直接探测灵敏度提高到8×10-42cm2(注：10的-42次方平方厘米) ，取得了目前国际上最好水平。

该研究成果于北京时间6月13日在线发表在国际顶级期刊《物理评论快报》上。

CDEX合作组实验负责人、清华大学工程物理系教授岳骞介绍，当前暗物质探测方法大体分为“上天”、“入地”和“人造暗物质”三种。

CDEX合作组在中国锦屏地下实验室开展的暗物质直接探测研究属于“入地”。

之所以在地下实验室进行，是因为这样可以减少宇宙线的干扰。

“当弥散在整个空间的暗物质粒子偶尔与锗原子发生碰撞后，会导致锗核发生反冲并通过电离过程在探测器内沉积能量。

”岳骞介绍，CDEX合作组所进行的点电极高纯锗探测器实验就是通过研究反冲核的反冲能量、事例率及其变化等参数来研究暗物质粒子的质量、与靶核的相互作用截面、暗物质分布等性质。

CDEX合作组于2010年起正式在中国锦屏地下实验室开始暗物质直接探测研究，2013年发表了我国第一个暗物质直接探测实验结果。

2016年实验开始进行第二阶段的CDEX-10实验，在国家重点研发计划“大科学装置前沿研究”重点专项、国家杰出青年科学基金等项目经费资助下，采用10kg量级的高纯锗阵列探测暗物质粒子。

CDEX-10实验在国际上首次采用真空封装高纯锗探测器的液氮直接浸泡制冷方式，实现了技术创新。

CDEX-10实验面临的一个挑战在于如何尽可能地降低探测器周围的干扰信号，以获得尽可能高的暗物质探测灵敏度。

为此，合作组设计了复合型被动屏蔽体，利用重达几十吨的高纯度屏蔽材料，将探测器层层屏蔽起来，将探测器的本底水平降低了三个数量级以上。

2017年2月至11月，CDEX-10开展了第一阶段的运行。

该合作组通过前期对CDEX-10实验系统其中一个探测器单元进行详细的物理分析，得到了点电极高纯锗探测器自旋无关作用探测暗物质最灵敏的实验结果。

岳骞告诉记者，CDEX合作组目前取得的研究成果为未来更大规模实验提供了坚实基础。

该实验组正在准备CDEX-100实验，计划使用自主高纯锗探测技术在中国锦屏地下实验室建设和运行100 kg量级的探测器阵列系统，开展暗物质直接探测和无中微子双贝塔衰变的实验研究。