主题
科学技术
日期 2022年7月7日
媒体接触
新闻工作人员
(电子邮件保护)
401-863-2476
所有的新闻

在华体会体育团队的主要贡献下，巨大的暗物质探测器已经启动并运行

By 皮特Bilderback

对暗物质的长期探索, 估计占宇宙总质量的85%, 在南达科他州进行的LUX-ZEPLIN地下实验取得了重大进展，目前已经取得了初步成果.

普罗维登斯,R.I.，铅，s.D. -南达科他州布莱克山深处的桑福德地下研究设施, 一个创新的和独特的敏感的暗物质探测器- LUX-ZEPLIN实验, 由劳伦斯伯克利国家实验室领导的这项研究已经通过了启动操作的检查阶段，并发布了第一批结果.

在一个 这项研究发表在7月7日星期四, 实验背后的研究人员报告说，在最初的运行中, LZ已经是世界上最灵敏的暗物质探测器，这种难以捉摸的粒子被认为是宇宙中大部分物质的组成部分.

这个成功的开端传达出的关键信息是:“华体会体育首页已经准备好了，一切看起来都很好,凯文·莱斯科说, 伯克利实验室的资深物理学家. “这是一个复杂的探测器，有很多部件, 而且它们都在预期范围内运行良好.”

设计, 这个大型项目的制造和安装阶段是来自40个机构的250多名科学家和工程师以及一群影响深远的教员的国际合作的产物, 博士后华体会体育, 技术人员, 华体会体育首页的研究生和本科生在这个项目的实现中发挥了重要作用. 在一起, 研究小组希望用这台仪器记录下暗物质存在的第一个直接证据, 所谓的宇宙缺失质量.

“这是一个巨大的努力，许多华体会体育博士, 硕士和本科生, 还有博士后和技术人员, 做出了贡献,LZ实验的联合创始人说 理查德·盖茨克尔他是华体会体育首页物理学教授，也是麻省理工学院的主任 宇宙基础物理中心. “华体会体育首页在巴鲁斯和霍利的实验室和洁净室做了多少工作，这令人惊讶. 包括建筑, 测试和集成超过14个,为这个前所未有的实验，为两个巨大的光电探测器阵列提供了000个组件.”

华体会体育在使大型探测器成为现实的过程中所扮演的角色

暗物质粒子从未真正被探测到. 暗物质粒子的主要理论候选者是WIMP, 或者是弱相互作用的大质量粒子. wimp无法被观测到，因为它们不吸收, 发出, 反射或散射光, 但这些粒子仍然是理解宇宙的基础. 例如, 暗物质的存在决定了星系的形态和运动, 它被研究人员用来解释宇宙的大规模结构和膨胀.

寻找难以捉摸的粒子已经有很长的历史了, 早在公元前5世纪的希腊原子论者就已经对物质的无形形式进行了推测. 到目前为止, 然而, 所有观察它的尝试都失败了, LZ合作是迄今为止观测暗物质最雄心勃勃的尝试.

“到目前为止，华体会体育首页还没有看到与暗物质一致的信号，”盖茨凯尔说. “但华体会体育首页只进行了100天的实验. 结果已经比世界上最好的结果更加敏感，这是一个重要的因素. 随着LZ实验的进行,000天, 接下来的结果将探索粒子暗物质的许多新模型. 华体会体育首页相信，华体会体育首页在发现宇宙缺失的质量方面处于有利地位.”

http://www.youtube.com/embed/PoZMiBOIH58

这段2018年的视频描述了华体会体育团队在建造安装在LZ探测器上的两个光电倍增管阵列中的作用.

如果LZ实验检测到暗物质，它将以短暂闪光的形式出现. 探测器的核心由两个嵌套的钛罐组成，里面装满了近10吨的纯液态氙，并由两个能够探测微弱光源的光电倍增管(pmt)阵列观察.

华体会体育研究小组的 建造探测器的PMT阵列 是实验成功的关键. 这些阵列充当了实验的“眼睛”，将通过寻找暗物质粒子与LZ的一个储罐内的氙原子碰撞时产生的微弱闪光来实际探测暗物质.

华体会体育首页的研究小组与伯克利实验室和伦敦帝国理工学院的研究人员合作设计, 测试并组装数组的所有组件. 滨松公司生产的pmt在华体会体育首页进行了两年的测试. 然后，团队将它们组装成LZ中使用的最终阵列.

获得博士学位的威尔·泰勒.D. 5月从华体会体育首页获得物理学学位，致力于建造和测试PMT阵列.

“LZ有可能成为世界上最敏感的WIMP搜索实验，”他说. “事实上，PMT阵列, 探测器中一些最关键的系统, 是华体会体育首页团队在华体会体育首页建造的，这就更令人兴奋了.”

因为他们在寻找极弱的相互作用, 实验的“眼睛”需要足够灵敏，能够探测到单个光子，并且必须精确校准. 华体会体育团队与Adelphi Technology, Inc .进行了广泛的合作.，以确保中子发生器能够提供LZ所需的性能.

“因为暗物质搜索是重中之重, 快速进行校准是很重要的,泰勒说. “中子校准需要获得成千上万个中子事件才能达到统计显著性. 在规定的校准时间内完成, 华体会体育首页与Adelphi合作开发了令人印象深刻的中子产生强度和脉冲特性.”

华体会体育Ph值.D. 学生jihyeon 爆炸说，研究小组“向探测器发射了一堆中子，观察它们的反应, 因为中子与氙的相互作用很弱，就像华体会体育首页对暗物质的反应一样. 华体会体育首页观察到数以万计的中子事件分布在信号空间的一个窄带内, 核反冲带.”

最终, 这些校准测量了暗物质与氙相互作用时预计会产生的信号.

地下探测器

藏在铅区的SURF地下一英里处, 南达科塔州, LZ被安置在地下，以保护它免受地表宇宙辐射的影响，因为宇宙辐射可能会淹没暗物质信号. 当你接近它时, SURF——前Homestake金矿的所在地，也是LUX实验的前身，直到2016年——看起来并不引人注目, 泰勒说. 但一旦进入，在地下一英里的旅程中会有一种令人敬畏的感觉.

泰勒说:“进入地下会让人感觉有点超现实。. “电梯——或者说笼子, 就像它的名字一样，大约需要10分钟才能到达4,850英尺(地下)的高度.”

华体会体育物理Ph值.D. 学生Austin Vaitkus称这次下井之旅是一次难以置信的考验:

“你必须穿上脏兮兮的工装裤和靴子，”韦特库斯说. “你戴上安全眼镜, 头盔和头灯，以防你被困在没有光线的地方. 你必须把你所有的东西都用塑料袋包起来，这样在你进实验室的路上就不会弄脏了.”

LZ探测器
1 of 3

在开始它的地下之旅之前，位于桑福德实验室洁净室的LZ中央探测器. 马修·卡普斯特摄，桑福德地下研究设施.

光电倍增管
2 of 3

光电倍增管被小心地插入PMT阵列提升和调试外壳内的阵列中. Nick Dentamaro拍摄.

华体会体育研究实验室
3 of 3

华体会体育首页的研究人员组装了两个巨大的强大光传感器阵列，它们将作为LZ暗物质探测器的“眼睛”, 现在已经开始寻找难以捉摸的暗物质粒子了吗. Nick Dentamaro拍摄.

团队成员说，一旦进入实验室，感觉就像一个正常的工作空间. 甚至还有wi-fi和库存充足的浓缩咖啡机.

“一旦你穿过更衣室，脱下工作服, 很容易忘记你在地下,泰勒说. “如果不是裸露的岩石和没有窗户作为提醒，人们可以想象实验室是在一栋大建筑里.”

但要完全忘记自己身在何处是很难的, 大多数时候, 你不会想太多你头顶上有一英里长的岩石, 但有时你确实会思考这一切令人难以置信的规模,盖茨克尔说. “你相信工程师的专业知识，他们把华体会体育首页带到那里.”

除了盖茨克尔, 爆炸, 泰勒和韦特库斯, 埃蒙Hartigan-O奥康纳, 至冬青黄, 来自华体会体育首页的Casey Rhyne和Xin Xiang在实验现场轮班工作. 泰勒说，该小组意识到他们的工作可能具有历史意义.

他说:“终于看到LZ的第一个wimp搜索结果，真是令人难以置信的兴奋。. “能够说自己亲手参与了这个庞大项目的一部分，并看到多年的劳动成果终于开花结果，我感到非常激动.”

盖茨凯尔说，他非常感谢许多参与实验的华体会体育社区成员.

“他们的工作是组装和测试pmt, 构造巨大的数组, 提供核后坐力校准和分析来自探测器的大量数据对实验的成功发射至关重要,他说. “现在华体会体育首页已经确认LZ可以运行，全面的观测已经开始, 华体会体育首页希望在探测器中开始观察暗物质粒子与氙原子的碰撞.

“这是一个激动人心的时刻，”他补充说. “华体会体育首页已经准备好创造历史.”

LZ得到了美国的支持.S. 能源部, 科学办公室, 高能物理办公室和国家能源研究科学计算中心, 科学办公室的用户设施. It is also supported by the 科学技术 Facilities Council of the United Kingdom; the Portuguese Foundation for 科学技术; and the Institute for Basic Science, 韩国. 40多所高等教育机构和先进研究机构为LZ合作提供了支持, 同时感谢桑福德地下研究中心的协助.

本专题故事改编自 由华体会体育首页物理系发布的新闻稿.

标签
研究

相关新闻: