凝视这张由斯坦福实验室提供的照片,拍摄于2012年7月31日。画面中,工作人员正在LUX实验设施的顶端紧张工作。如果一切进展顺利,这个实验的结果可能会揭开宇宙及其起源的神秘面纱。
据国外媒体报道,科学家们正在南达科他州一个废弃的金矿内,开展一项寻找暗物质的探测实验。这个构思精妙的实验项目已经接近准备就绪,预计明年2月份便可以启动观测工作。该实验被认为是全球迄今为止灵敏度最高的暗物质探测项目。
这项实验被安排在一个距离地表下方近1英里的深处,位于一个灌满7万加仑(约合264立方米)水的巨大水池中。这样的设置是为了最大限度地屏蔽可能干扰的宇宙射线粒子,从而提升对暗物质粒子的探测灵敏度。哈利尼尔森,一位来自加州大学生芭芭拉分校的物理学教授,也是这项被称为“大型地下氙实验”(LUX)的首席科学家。他提到:“我们可能会发现令人兴奋的景象。我们的研究领域充满了不确定性,成本高昂,因此我们只能专注于那些我们认为最为重要的实验。”
尽管此次实验耗资高达1000万美元,但其价值无法估量。正如瑞士科学家们今年早些时候发现希格斯玻色子那样,暗物质粒子的发现也将在科学界引起巨大的震动。由于暗物质具有引力效应,科学家们能够推断其存在。与传统物质或反物质不同,暗物质的本质仍然是个谜。在整个宇宙中,常规物质仅占约4%,而暗物质则占据了大约25%的宇宙组成。余下的部分则由暗能量填充,这也是一个巨大的未知领域。
这项在南达科他州开展的研究工作始于2003年,当时科学家们在这里的Homestake金矿取得了显著的成果。经过多年的资金筹措和策划,LUX探测器终于在今年的7月份被送入地下的“斯坦福地下研究设施”,这个研究站位于地下4850英尺(约合1478米)深处。这里是一个废弃的矿井,曾经是金矿淘金热时期的矿工通道。探测器被缓慢地安装到位,耗时两天,并被进一步与宇宙射线隔绝开来,被放置在一个巨大的超洁净水池中。
杰里米莫克是加州大学戴维斯分校的一名研究生,已经在LUX实验项目上工作了超过5年。他表示:“建设阶段已接近尾声,我们现在进入了调试阶段,这意味着我们将在地下开始操作。”这个巨大的地下水池高20英尺(约合6.1米),直径25英尺(约合7.6米)。将精密的探测器缓缓降至水池底部的过程耗时两个月之久。科学家们正在努力完成最后的管道铺设工作,以确保探测器中的氙保持高纯度状态。探测器内部充满了液态和气态的氙,这些氙不断地进行循环并通过净化器进行净化处理,类似于血液透析的过程。这样做的目的是尽可能消除氙中的杂质,以提高探测精度。
尼尔森介绍称,去除水和氙中的杂质有助于消除可能产生误警报的干扰源,从而提高暗物质探测的灵敏度。他将这个实验比作福尔摩斯探案的方法排除已知因素,寻找未知线索。他说:“一旦开始收集数据,我们还需要一到两个月的时间才能将探测器的精度提升到‘最灵敏’级别。”在那之后,科学家们期待看到一些未知的现象出现:或许就是他们期待已久的暗物质线索。




