最新实验证实现有仪器仍无法找到暗物质粒子

XENON100实验的发言人和哥伦比亚大学物理学教授艾琳娜·阿皮利尔说：“我们的仪器仍无法找到暗物质粒子，然而我们在寻找过程中变得更加聪明，我们相信不久后就能揭开这种粒子的神秘面纱。”阿皮利尔和她的合作者(全球9个科研所里的30多位物理学家)在5月1日举行的一项暗物质专题讨论会上介绍了他们的最新发现，并把一份论文提交给了《物理评论快报》。这些科学家进行该试验的目的，是为了找寻至今仍是个谜的暗物质，他们打算在今年夏天公布更多试验数据。

该科研组没打算在这么短的时间里发现暗物质。不过他们的研究结果显示，探测器比其他仪器能更好地筛选出背景辐射，人们经常把这种物质误认为是暗物质。最近几年，寻找暗物质已经变成一项激烈竞争，越来越多的研究人员涉足这个领域。1997年，意大利罗马大学的暗物质搜寻实验(DAMA/LIBRA)科研组，成为第一个声称已经发现暗物质的研究组。今年2月，芝加哥大学进行的CoGeNT研究宣布，他们也发现了暗物质存在的迹象。XENON100试验获得的最新结果，使人们开始对科学家之前获得的两项发现产生怀疑。如果早期发现的迹象确实是暗物质，那么XENON100试验应该已经多次发现这种粒子，除非暗物质的性质与人们以前认为的有很大不同。

20世纪30年代，科学家首次提出暗物质理论，用来解释为什么星系在不断旋转的过程中不会四分五裂。跟旋转木马一样，星系在旋转时产生离心力。引力是保持恒星和星系聚集在一起的“粘合剂”，但是宇宙里我们可以看到的物质，并不能产生那么大的引力，使星系不致分裂开来。这也是科学家认为宇宙中一定存在另一种看不到的物质的原因。参与XENON100实验的科学家认为，暗物质是由被称作大质量弱相互作用粒子(WIMPS)的新基本粒子构成的，这种粒子很难与正常粒子撞在一起。

阿皮利尔和她的同事们自2007年开始XENON100试验，这是国家科学家基金会资助的一个大型项目的一部分。他们的探测器建在哥伦比亚，由一个盛满超纯液氙的不锈钢容器构成，该容器被夹在两台高清相机之间。这个探测器位于意大利格朗萨索(GranSasso)国家地下实验室(LGNS)里一块5000英尺(1.52公里)深的岩石下，该实验室是一座沿那块岩石用铅和铜制成的小室，用来过滤被误认为是大质量弱相互作用粒子的宇宙射线和背景辐射。

如果一个暗物质粒子与一个氙原子相撞在一起，它传输的少量能量将会产生一束紫外光，这种细微变化会被两台高清相机发现。这些能量会以少量电荷的形式展示自己，这些电荷的强度比其他已知粒子产生的电荷还弱。如果XENON100探测器注意到这些光和电荷信号，并能确定它们不是由其他来源产生的，那么这将说明阿皮利尔的科研组已经发现了暗物质。哥伦比亚大学的研究人员之所以选用液氙，是因为它是元素周期表中最重的一种元素，密度是水的3倍，每升夜氙里含有大量原子，这增加了大质量弱相互作用粒子与它相撞在一起的机会。阿皮利尔一生进行的大部分研究工作都采用这种液体。她说：“夜氙是用来捕捉和研究大质量弱相互作用粒子的一种珍贵的好材料。”