全球科學(xué)家團(tuán)隊完成了下一代暗物質(zhì)探測器的組裝工作

LUX-ZEPLIN實驗的關(guān)鍵組成部分已準(zhǔn)備好密封并降低到地下近1.5公里，在那里它將搜尋暗物質(zhì)。

暗物質(zhì)是一種神秘的物質(zhì)形式，被認(rèn)為占宇宙質(zhì)量的85%左右。然而，由于預(yù)計它與普通物質(zhì)的相互作用非常微弱，因此迄今尚未被發(fā)現(xiàn)。

LUX-ZEPLIN(LZ)將是有史以來最敏感的暗物質(zhì)實驗。7月26日，研究人員在南達(dá)科他州桑福德地下研究中心完成組裝其液心氙時間投影室(TPC)的核心部件。

“這種氙探測器將成為LZ暗物質(zhì)實驗的核心，”倫敦帝國理工學(xué)院物理系的HenriqueAraújo教授說，他領(lǐng)導(dǎo)了LZ在英國的合作，共同領(lǐng)導(dǎo)了TPC的發(fā)展。來自SLAC加速器實驗室的Tom Shutt教授。

13,500小時的努力

為了組裝TPC，來自全球37個機構(gòu)的250名成員聚集在一起，以確保滿足項目的機械，光學(xué)，電氣，放射和清潔要求。

最近在2019年7月26日在桑福德地下研究設(shè)施的表面裝配實驗室潔凈室中組裝的LUX-ZEPLIN氙探測器。信用：Matt Kapust。

2015年開始制造組成TPC的數(shù)萬個組件，并于2018年12月開始組裝儀器。整合階段涉及13,500小時的努力 - 其中很大一部分用于維持所需的超潔凈地面裝配實驗室的條件。

接下來，它將被插入其低溫恒溫器容器 - 一個保持低溫的室 - 并在地下降低近1.5公里成為廢棄的金礦，隨時準(zhǔn)備好檢測暗物質(zhì)。計劃于2020年中期開始運營。

“我們與太空計劃有一些共同之處，”Araújo教授說。“在你發(fā)布之前，你在地面上做了多年的所有工作，完善了工程，所以你的儀器無論如何都會工作.LZ有點像太空實驗，只是朝著相反的方向前進(jìn)。我們無法將它暴露在地下空氣 - 這會影響它的性能。一旦你將它部署在地下，那就是它。它必須工作。“

檢測WIMP

一旦進(jìn)入地下，探測器將被冷卻至-100°C并充滿10噸液體氙。因為氙是一種重元素，氙原子與假想的暗物質(zhì)粒子相互作用的可能性更高，稱為WIMPs-弱相互作用的大質(zhì)量粒子。

研究人員認(rèn)為，如果WIMP與氙原子相互作用，它將產(chǎn)生兩次閃光。當(dāng)粒子與氙原子碰撞時會迅速出現(xiàn)，氙原子通過液體反彈。第二個是由碰撞抖落的電子產(chǎn)生的，這些電子被引導(dǎo)到探測器的頂部并通過液體上方的氣態(tài)氙層加速。

雖然這些閃光燈對于人眼來說是不可察覺的，但探測器內(nèi)襯有數(shù)百個光電倍增管。這些超靈敏傳感器甚至可以放大來自單個光子的信號。

幾十年的發(fā)展

LZ采用的TPC設(shè)計經(jīng)過數(shù)十年的類似探測器實驗已經(jīng)完善，研究人員可以確定相互作用發(fā)生的位置，以及是否可能是由于儀器中的背景相互作用或真正的暗物質(zhì)信號。其中包括以帝國為首的北約克郡Boulby礦的ZEPLIN-III實驗，以及由主導(dǎo)的LUX實驗，該實驗產(chǎn)生了LZ。

埋藏在地下深處可以保護(hù)實驗免受來自表面上容易檢測到的過程的過多背景相互作用，這些過程可能使暗物質(zhì)信號模糊不清，例如從外太空淋浴地球的宇宙射線。

Shutt教授說：“TPC是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，它是完全組裝的一項重大成就。它使我們向能夠?qū)ふ野滴镔|(zhì)邁出了重要的一步。

“這也令人欣慰，因為它涉及組裝由和英國多年來小組設(shè)計和建造的大量子系統(tǒng)。因此，這是合作的各種組合。”