＂熊猫＂是如何捕捉暗物质的?

四川凉山，地下2500米深处有一个地方。在这个“中国金平深层地下暗物质实验室”里，有一个长40米、高6.5米、宽8.5米的实验大厅，是世界上最深、最好的地下实验室，也是熊猫工程实施的地方。

美国俄亥俄州哥伦布市日前“2017年国际高能粒子天体物理大会”报道称，中国“熊猫计划”项目组发布了对暗物质粒子性质测量的最强限制，中国科学家再次在直接探测暗物质的灵敏度上领先，率先获得重大探测结果。这是熊猫项目继两年前发布580 kg探测器首个探测结果后，第二次发布全球最灵敏的暗物质探测结果。

暗物质是什么？宇宙中有暗物质，星系中有暗物质，我们周围也有暗物质，但是我们的眼睛看不见。很安静，很难留下痕迹；它不发射任何波段的电磁波，也不与任何电磁波相互作用。因为与普通物质没有直接的电磁相互作用，暗物质不发光，类似于“鬼”，不能用通常的方式看到。尽管如此，暗物质也不应该被任何人低估，因为到目前为止，研究分析表明暗物质占宇宙物质总质量的80%以上。

揭开暗物质微观粒子的本质是21世纪物理学和天文学最重要的科学目标之一，国际上探测暗物质粒子的科学研究正在如火如荼地进行。为了探测暗物质，科学家们想到了很多方法，而中国的熊猫计划的方法就是以氙原子为目标进行打击。如果暗物质粒子与氙原子碰撞，碰撞会转化为氙原子的反冲能量，氙原子会发出光电信号，被探测器捕获。

熊猫工程项目负责人、上海交通大学弘文教授季向东博士认为，科学家探测暗物质粒子的方法类似于“等兔子”，暗物质粒子就像成群奔跑的兔子，氙原子就像森林中的一棵树。一棵树下打死一两只兔子是必然的，会成为科学家的战利品。问题的关键在于，大森林里不仅有兔子，还有狮子老虎等动物，它们互相撞的声音都比兔子大。所以，要找到一片没有或者很少其他生物的“森林”，中国的金平地下实验室就是一片理想的“森林”。

在四川锦屏山，上面有一个2400米的山盖，就像阻挡宇宙射线的天然屏障。根据测量，实验室的宇宙射线通量可以减少到地面的1/100万到1/100万。但地下实验室位于大理石而非花岗岩中，天然放射性相当低。实验表明其天然放射性低于洞外岩石，为暗物质的直接探测实验提供了非常好的条件。

在这样的条件下，在过去的一年里，中国科学家对580 kg液体氙探测器进行了长时间的操作，使其对暗物质和普通物质相互作用的探测灵敏度提高了4倍以上。但熊猫项目使用的580 kg液体氙探测器并未探测到暗物质粒子碰撞事件，因此中国科学家已经达到碰撞概率上限。这一发现再次创造了限制暗物质粒子性质的新世界纪录。

在科研中，找路和堵路一样重要，“看不见”也同样有意义。

作为基础物理中最重要的谜团之一，暗物质的研究吸引了全世界许多物理学家为之努力。几个国际合作组织正在努力“捕捉”暗物质。为了抓住第一次机会，各实验合作组都期望第一个发现暗物质粒子的信号，国际上对于暗物质探测的竞争也很激烈。

在国际暗物质探测大赛中，已经完成运营的美国LUX合作小组于2017年1月正式公布了250 kg探测器过去四年的最终数据，超过了2016年7月熊猫计划公布的全球最灵敏的探测结果。位于意大利的XENON1T探测器已成为全球运行中最大的暗物质探测器，探测区域的液态氙量达到2吨。这个实验合作组也在今年5月公布了第一批成果，灵敏度再次超过了美国的LUX。

虽然熊猫项目二期探测器的体积还不到欧洲XENON1T的三分之一，但凭借探测器的高质量和独特性能，经过近半年的持续稳定运行，合作团队获得了超越XENON1T的最新检测结果，取得了第二的领先地位。

中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所原所长陈和生表示，“熊猫计划”第二阶段实验的最新成果表明，中国的深部暗物质探测实验已经处于国际领先水平；中国科学院院士、高能物理实验者赵正国认为，这表明中国科学家正在探索宇宙和自然最先进的领域，也可以在中国取得国际领先的成就。

谈到下一步，熊猫项目的科学家、上海交通大学负责实验数据分析的教授刘江说，第一，增加探测器体积，第二，尽可能降低噪音。他透露，下一代探测器正在加紧准备，正在使用的580公斤液态氙暗物质探测器将升级至4吨。新探测器的所有组件已经在建造中，随后是最终组装、对准和测试。中国科学家希望在2018年终止580公斤液体氙探测器的运行，全面开展升级探测器的实验，争取在2019年获得新探测器的第一批数据。本报记者蔡