PandaX

实验结果

2016年7月21日晚，上海交通大学鸿文讲席教授、中国锦屏地下实验室PandaX（熊猫计画）实验负责人季向东博士在英国举行的两年一度的国际暗物质大会上正式公布了PandaX二期500公斤级液氙暗物质探测器运行的第一个物理结果，在3.3万公斤/天的曝光量下，未发现暗物质粒子蹤迹，对可能的暗物质候选对象得出了最新的限制。这一探测的灵敏度处于当前世界最高水平。2016年7月22日下午，上海交通大学专门举行新闻发布会，公布这一结果。

实验背景

根据最新天文学和宇宙学的研究，暗物质代表了宇宙中约85%的物质含量，而人类已知的普通物质仅占约5%。由于与普通物质没有直接电磁相互作用，所以暗物质不发光，无法用通常的办法看到，因此得名暗物质。不过科学家们普遍认为，暗物质粒子与普通物质之间极有可能存在一种微弱的相互作用。物理学家便是使用这种“微弱的相互作用”所发出的信号来寻找暗物质。但由于作用太过微弱，探测工作异常困难。

实验过程

为了应对这个难题，PandaX二期进行了目前全球最大的暗物质实验——500公斤级液氙暗物质探测实验，持续约100天的实验整体液氙规模高达3.3万公斤/天。负责实验数据分析的上海交通大学特聘教授刘江来在发布会现场解释，实验规模“最大”的意义在于，暗物质有最大的机率“撞”上普通物质——液氙，而发出相互作用的信号，从而被探测到。通俗来讲，PandaX二期实验相当于织了一张目前“最密的网”，试图捕捉暗物质信号。具体而言，这张“网”的“细密程度”是σ=2.7×10-46 cm2 ,其精度是2015年最先进成果保持者美国LUX团队的两倍。PandaX实验用氙原子作为探测靶子，採取“守株待兔”的方式，探测弥散在地球周围的成千上万亿的暗物质粒子可能碰撞到氙原子上而发生的微弱信号。而实验记录显示，实验过程中并没有符合预期的信号产生，这个结果相当于，3.3万公斤的氙原子在一天时间内没有和这些暗物质粒子发生过一次碰撞，或者1公斤的氙原子在3.3万天里没有发生过一次碰撞。这意味着，目前“最密的网”对于暗物质来说仍旧过于“稀疏”，这对可能的暗物质粒子的存在条件作出前所未有的理论限制, 缩小了人类寻找暗物质的範围。

实验难题

该探测实验最困难的地方在于探测器中可能存在多种外来干扰，这些干扰也会产生光电信号，让科学家误以为捕捉到了暗物质信号。为儘可能减少干扰，PandaX的实验室建造于2400米深的山体下，由清华大学和雅砻江流域水电开发有限公司共同开发完成。

实验单位

PandaX暗物质实验是由上海交通大学牵头，国内多个合作单位包括北京大学、山东大学、中科院上海套用物理研究所、中山大学、中国科学技术大学、中国原子能科学研究院和位于四川的雅砻江流域水电开发有限公司等参与的首个大型液氙暗物质地下直接探测实验。美国马里兰大学和密西根大学的科学家也参与其中。