把暗物质探测灵敏度提高十倍

    本报讯（记者原春琳）暗物质缩小了搜索范围。在近日出版的《物理评论D》快报栏目上，正式发表了来自中国的CDEX合作组的研究成果，把该实验组原来的暗物质探测灵敏度提升了大约10倍，并且确定性地排除了美国CoGeNT实验组过去多年宣称的已经发现暗物质存在的区域。这一实验结果被认为对于理解过去多年多个实验组之间发布的相互矛盾的暗物质实验结果提供了更新的、灵敏度更高的实验证据。

    CDEX的全称是China Dark matter Experiment（中国暗物质实验），由清华大学联合四川大学、南开大学、中国原子能科学研究院、雅砻江流域水电开发有限公司等单位，于2009年正式建立，并于2010年开始在世界最深的中国锦屏地下实验室开展我国自主暗物质直接研究工作，合作组目前拥有70多位科研人员。

    英国皇家科学院院士，欧洲核子中心理论部教授John Ellis认为，在冷暗物质寻找过程中，特别是近年来在轻质量冷暗物质区间有很多实验结果相互矛盾的情况下，这个实验结果具有国际前沿水平。

    作为当前粒子物理学、天体物理学研究领域中最前沿、最基础、最重要的研究课题之一，暗物质研究被认为极有可能在10年内取得重大研究突破，其研究成果将可能导致一场新的物理学革命，极大改变人类对于物质世界的认识。

    因为不发射任何光及电磁辐射，科学家们只能通过引力产生的效应得知暗物质的存在。据介绍，国际上暗物质实验主要有间接探测和直接探测两种方法。暗物质直接探测实验使得科学家可以深入和直接地了解暗物质的基本特性，是最重要的一类暗物质实验。国际上几个实验组都通过这种方式取得了重要的研究成果。

    2011年，美国的CoGeNT实验组发布研究结果，宣称在轻质量暗物质区发现暗物质存在。当时，全世界的科学家都为之兴奋不已。

    CDEX实验组此次发表的研究成果与美国CoGeNT实验组采用相同的探测原理。John Ellis说，CDEX实验组非常确定地排除了美国CoGeNT实验组给出的暗物质区域，并且排除了意大利DAMA/LIBRA和美国CDMS-II暗物质实验的大部分区域。

    清华大学工程物理系理论物理组何红建教授形象地解释，CoGeNT实验组的研究成果证实暗物质可能存在于一个二维平面里的某处，而CDEX的研究成果则证实了，暗物质不可能存在于这个区域。“就像侦探一样，缩小了搜寻嫌疑对象的目标范围”。

    暗物质探测灵敏度是实验的关键词。清华大学工程物理系李元景教授介绍，当前对暗物质探测灵敏度影响最大的因素之一是探测器及周围材料的放射性本底水平，而探测器自身材料的纯化问题依然是所有暗物质直接探测实验在确定实验方案时需要考虑的最重要的问题。

    他说，目前暗物质直接探测实验的发展趋势是在保持或降低单位质量靶材料的本底事例率水平的基础上，建立大质量的探测器系统，进一步提高暗物质探测实验的灵敏度。

    而CDEX合作组的研究目标是在锦屏地下实验室，利用单体质量为1kg、能量阈值约为300eV的点接触高纯锗探测器，建立吨量级的模块化高纯锗探测器阵列系统，开展暗物质实验研究，预期在质量为10GeV以下的范围内取得具有突破性的国际领先水平的暗物质探测灵敏度测量结果。

    据悉，CDEX合作组目前正在建立质量约为10公斤的CDEX-10高纯锗阵列系统，是目前国际上最大质量的极低能量阈模块化高纯锗探测器阵列系统，预计2015年将在中国锦屏地下实验室正式开展暗物质实验研究。