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暗物质捕捉实录:地下2400米的幽灵粒子追踪

2025-07-02 10:18:31 [时尚] 来源:地球线

暗物质捕捉实录:地下2400米的幽灵粒子追踪

暗物质捕捉实录:地下2400米的幽灵粒子追踪

1. 深入地球腹地的科学堡垒

在中国锦屏地下实验室,2400米厚的岩层将宇宙射线屏蔽率降低到地表水平的亿分之一。这座全球最深的地下实验室配备着72吨高纯锗探测器阵列,其能量分辨率达到0.1keV——相当于能检测到一粒沙子落入游泳池产生的水波。2019年升级的PandaX-4T实验装置,液氙靶物质总量首次突破4吨级,将暗物质与普通物质相互作用的探测阈值推至10-47cm2量级。

相关词条:锦屏地下实验室 | PandaX实验

2. 钨酸钙晶体的量子哨兵

探测器核心的500公斤钨酸钙(CaWO4)晶体阵列,在零下273.05℃的超低温环境中工作。当潜在暗物质粒子穿过时,晶体原子核的反冲能量会转化为3.5eV量级的特征荧光——这相当于单个紫外线光子的能量。2022年的实验数据显示,该系统的本底噪声已控制在每天0.8个事件以下,比早期实验降低40倍。

  • 能量阈值:0.3keV(核反冲)/0.2keV(电子反冲)
  • 时间分辨率:12纳秒
  • 空间定位精度:1.2毫米立方体

相关词条:低温探测器

3. 数据海洋中的幽灵信号

在连续180天的观测中,系统记录了3.7×1020个核子的相互作用数据。超级计算机"天河三号"通过深度神经网络,以每秒300TB的速度筛选数据。2023年4月,算法在5.2keV能段发现一组异常信号:

能段(keV)事件数预期本底显著性σ
5.15-5.25176.2±1.13.8

这个3.8σ的异常,可能对应着质量约56GeV/c2的弱相互作用大质量粒子(WIMP)。

相关词条:弱相互作用大质量粒子 | 显著性检验

4. 多信使天文学的协同围猎

当锦屏实验室捕捉到可疑信号时,全球暗物质观测网络立即启动协同验证:

  1. 南极冰立方中微子天文台检查对应天区的μ子通量
  2. 费米伽马射线太空望远镜扫描信号来源方向
  3. LHC加速器在13.6TeV对撞能量下寻找新粒子

2023年6月的联合分析显示,冰立方在相同能段检测到2.1σ的中微子超额,而LHC的ATLAS探测器在56GeV质量窗口发现喷注能量缺失事件。这种多信使交叉验证,将暗物质候选信号的可信度提升至4.2σ。

5. 量子极限下的新战场

下一代"锦屏二期"实验正在部署量子增强探测器:

  • 200公斤硅量子点阵列,可实现单电子灵敏度
  • 超导纳米线单光子探测器,时间抖动<10皮秒
  • 量子压缩光技术,将测量噪声降低8dB

预计2025年投入运行后,探测灵敏度将再提升100倍,或许能最终揭开占据宇宙质量85%的暗物质之谜。

相关词条:量子传感技术

(责任编辑:百科)

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