爱华网当年仍在建造中的LUX实验装置。如今，LUX实验已经完成，并未发现暗物质粒子的踪迹。图片来源：Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility
大型地下氙暗物质实验（LUX），已经完成了它对于宇宙中缺失物质的搜索。这项实验在美国达科他州布拉克山桑福德地下研究所深达1.6千米的岩层之下完成。
7月21日，在英国谢菲尔德的国际暗物质会议（IDM 2016）上，LUX科学合作组织公布了探测器自2014年10月到2016年5月这最后20个月的运行结果。
合作组织科学家说，LUX的灵敏度远超实验最初的预期，但依然没有找到任何暗物质粒子的踪迹。LUX超高的灵敏度让科学团队确信，如果暗物质粒子与LUX中的氙靶发生过相互作用，探测器几乎肯定能够看到它们。这一结果给暗物质探测带来了新的限制条件，将让科学家排除许多潜在的暗物质粒子模型，并为下一代暗物质实验提供至关重要的方向指导。
“自2013年首次运行以来，LUX就保持着世界最高探测灵敏度的纪录。”美国布朗大学物理学教授、LUX实验联席发言人瑞克·盖茨克（Rick Gaitskell）说，“根据2014年－2016年这次运行的最终结果，LUX合作组织的科学家已经将设备的灵敏度推进到了最终水平，比原先预期的还要高4倍。如果灵敏度提高之后能够带来清晰的暗物质信号，那就非常了不起了。然而，我们观测到的结果与只存在背景辐射的情况完全一致。”
暗物质被认为在宇宙的物质成分中占到4/5以上。科学家确信暗物质的存在，因为从星系的旋转和光穿越宇宙时弯曲的方式里，都能够看到它施加的引力作用。然而，迄今为止还没有任何一个实验直接接触到暗物质粒子。LUX实验被设计用于寻找弱相互作用大质量粒子，即WIMP，这是暗物质粒子的主流理论候选者。如果WIMP模型是正确的，那么每秒钟都会有数十亿个WIMP粒子穿透你的手，同时也会穿透地球和地球上的所有一切。但是，由于WIMP与普通物质的相互作用太过微弱，这些鬼魅一般的旅行者完全没有被人留意到。
LUX探测暗物质粒子的原理。如果有暗物质粒子与探测器里的氙原子发生碰撞，就会发出微弱的闪光并释放出电荷，从而被布置在周围的传感器检测到。图片来源：phys.org
LUX探测器由1/3吨重的冷却液态氙构成，周围则布满了强大的传感器，设计用来检测微弱的闪光和电荷。如果有WIMP粒子与探测器中的某个氙原子发生碰撞，就会发出那样的闪光和电荷。探测器位于桑福德实验室深达1.6千米的岩层之下，并安置在一个72000加仑（约270立方米）、装满高纯度水的水箱之中，来帮助它屏蔽可能干扰暗物质信号的宇宙线和其他辐射。
这些研究者说，LUX连续20个月的运行是迄今的暗物质实验中持续“曝光”最久的探测尝试之一。由此产生的近wWW.aIhUaU.cOm50万GB的数据，要借助美国布朗大学和劳伦斯伯克利国家实验室的高性能计算机才能进行快速的分析。
仔细校准
尽管精心设计并建造了LUX实验装置，但来自外界的背景辐射仍然无法完全屏蔽。好在一系列前期的校准测量，能够帮助科学家区分暗物质信号和残余背景辐射产生的事件，从而使得LUX实验达到了超凡的灵敏度。
美国加利福尼亚大学伯克利分校的物理学教授、LUX实验联席发言人丹·麦肯锡（Dan McKinsey）说，“在整个暗物质搜寻期间，LUX实验装置对光电信号的反应会有轻微的变化，因此我们的校准让我们能够持续排除辐射背景，保留一个清晰的暗物质标记用于搜寻，并抵消在探测器的特富龙内壁上积累起来的微小静电荷。”
“在超过1年半的时间里，我们努力工作并保持警惕，维护着探测器在最佳环境下运行，使有用的数据时间达到了最大化。”伯克利实验室的物理学家、LUX实验科学合作主管西蒙·菲奥鲁奇（Simon Fiorucci）说，“实验数据毫不含糊，我们能够以此为傲。实验结果也相当及时，特别是在竞争非常激烈的这个领域——虽然并不是我们所有人都希望看到的正面结论。”
LUX探测器内部。这台暗物质探测器已经完成使命，将被下一代的LZ探测器所取代。图片来源：Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility
继续探索
尽管LUX实验成功排除了一大批暗物质粒子理论，但WIMP粒子仍有可能存在，用布朗大学物理学家盖茨克的话来说，WIMP模型“仍然活得很滋润”。LUX科学家的精细工作，将对未来直接探测暗物质的实验提供方向指导。
位于桑德福地下研究所的LUX实验装置，也将被LUX- ZEPLIN（LZ）实验装置所取代，成为下一代探测实验之一。
与LUX的1/3吨液态氙相比，LZ实验将使用10吨液态氙作为靶子，仍将安置在那个帮助LUX抵御外来辐射的72000加仑纯水水箱之中。LZ的灵敏度预计将达到LUX实验的70倍，将在2020年继续暗能量粒子的搜寻工作。
“LUX新结果的发布，提高了暗物质搜索的门槛，超出了我们的预期。”美国伯克利实验室物理分部主管娜塔莉·罗（Natalie Roe）说，“随着LUX实验的成功完成，现在我们要聚焦于继任者LZ实验，我们希望它能够带来戏剧性的发现。”
编译来源
美国伯克利实验室官网，World’s Most Sensitive Dark Matter Detector Completes Search以上是用户分享关于一无所获，最灵敏暗物质探测器公布结果！的资料希望对您有所帮助了，感谢您对爱华网的支持！
