清華大學(xué)主導(dǎo)的中國暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)合作組(CDEX)在國際物理學(xué)頂級期刊《物理評論快報(bào)》上在線發(fā)表題為《基于CDEX—10實(shí)驗(yàn)首批102.8公斤·天數(shù)據(jù)的輕質(zhì)量暗物質(zhì)限制》的研究論文。CDEX研究團(tuán)隊(duì)在世界巖石覆蓋最深的中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室利用液氮直冷點(diǎn)電極高純鍺探測器在4—5GeV范圍內(nèi)給出8×10—42平方厘米的自旋無關(guān)暗物質(zhì)直接探測靈敏度，獲得世界最好結(jié)果。

清華大學(xué)工程物理系岳騫教授、馬豪副教授和博士后楊麗桃為本文通訊作者，工程物理系博士生江灝和賈歷平為本文共同第一作者。

暗物質(zhì)是指宇宙中那些既不發(fā)射光，也不吸收和反射光的物質(zhì)。天文學(xué)的眾多觀測數(shù)據(jù)和結(jié)果表明，其廣泛分布在宇宙的各個角落，約占整個宇宙物質(zhì)質(zhì)量的85%，在物質(zhì)起源和宇宙演化過程中具有重要地位。

當(dāng)前暗物質(zhì)探測方法大體分為三類：間接探測實(shí)驗(yàn)、直接探測實(shí)驗(yàn)和加速器實(shí)驗(yàn)，也可以被形象地比喻成“上天”“入地”和“人造暗物質(zhì)”。CDEX團(tuán)隊(duì)在中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)屬于暗物質(zhì)直接探測。當(dāng)彌散在整個空間的暗物質(zhì)粒子偶爾與鍺原子核發(fā)生碰撞后，會導(dǎo)致鍺核發(fā)生反沖并通過電離過程在探測器內(nèi)沉積能量。CDEX團(tuán)隊(duì)所進(jìn)行的點(diǎn)電極高純鍺探測器實(shí)驗(yàn)就是通過研究反沖核的反沖能量、事例率及其變化等參數(shù)來研究暗物質(zhì)粒子的質(zhì)量、與靶核的相互作用截面、暗物質(zhì)分布等性質(zhì)。

CDEX合作組于2010年起，在中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室開始第一階段暗物質(zhì)直接探測研究。一系列研究成果不僅推動我國暗物質(zhì)研究在較短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)從無到國際先進(jìn)水平，而且提升和擴(kuò)展了國際暗物質(zhì)研究的廣度和深度。第二階段CDEX實(shí)驗(yàn)在國際上首次采用液氮直冷方式，使用由三串探測器構(gòu)成的總質(zhì)量約10千克的點(diǎn)電極高純鍺探測器陣列進(jìn)行暗物質(zhì)直接探測實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)所在的中國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室，是由清華大學(xué)和雅礱江流域水電開發(fā)有限公司聯(lián)合建設(shè)的當(dāng)前世界最深的地下實(shí)驗(yàn)室。據(jù)介紹，CDEX合作組目前正在錦屏地下實(shí)驗(yàn)室二期中，安裝一個容積1700立方米的大型液氮恒溫器，預(yù)計(jì)將于2018年底可以投入使用。這對于提升我國粒子物理基礎(chǔ)研究水平具有重要意義。