尋找暗物質：中國錦屏地下實驗室獲得最靈敏結果

　　研究暗物質一直是世界物理學界的熱點，但是要想在這方面取得突破性進展并非易事。中國暗物質實驗（CDEX）合作組4年磨一劍，取得了重要進展：對于10GeV以下暗物質的直接探測，CDEX合作組利用點電極高純鍺，得到了目前國際最靈敏的實驗結果。不僅進一步縮小了暗物質可能存在的區域，同時推翻了美國CoGeNT暗物質實驗組近年來宣稱 “已經探測到暗物質存在區域”的結論。相關論文于北京時間11日被國際著名科學雜志《物理評論D》發表。

　　英國皇家科學院院士、歐洲核子中心理論部教授約翰·艾力斯表示：“這是一個國際前沿水平的實驗結果。近年來，在輕質量暗物質區間有很多實驗結果相互矛盾，中國的實驗結果非常確定地排除了美國CoGeNT實驗組給出的暗物質區域，并且排除了意大利暗物質實驗組（DAMA/LIBRA）和美國另一暗物質實驗組（CDMS-II）給出的大部分暗物質區域。”

　　國際知名高能物理學家、中科院趙政國院士也對該項成果表示祝賀。他說：“非常高興地看到他們新的研究文章被《物理評論D》接收發表，文章報告了CDEX合作組在中國錦屏地下實驗室利用P型點電極高純鍺探測器給出的對于輕質量暗物質粒子的限制結果。這一結果利用相同的探測技術和靶材料，把美國CoGeNT實驗組給出的暗物質存在區域確定地排除掉，研究成果讓人印象深刻。”

　　研究占宇宙物質質量約85%的暗物質，有助于人類重新認識物質世界。但由于暗物質不發光，很難捕捉到。科學家首先要確定它的存在范圍。“這就好比海底撈針，理論物理學家給出了不同的尋找范圍，我們實驗物理，通過不同的實驗方法去驗證這些理論是否正確，并尋找新的暗物質存在范圍。”中國錦屏地下實驗室主任、清華大學程建平教授接受科技日報記者采訪時說。

　　本世紀以來，美國、英國、韓國、日本等世界發達國家建立了多個暗物質實驗小組，在此領域展開激烈競爭。其中，美國CoGeNT實驗組于2011年公布了實驗結果，宣稱在輕質量暗物質區域發現暗物質存在，引發理論和實驗物理學界高度關注和熱烈討論。

　　2009年，清華大學聯合四川大學、南開大學、中國原子能科學研究院、雅礱江流域水電開發有限公司等單位，建立了CDEX合作組，吸引了粒子物理實驗、輻射探測技術、低本底測量、暗物質理論等諸多學科的70多位科學家參與到這項研究中。

　　與其他研究不同，開展暗物質實驗不僅取決于團隊的科研能力，還受限于科研環境和科研儀器。參與CDEX研究的清華大學工程物理系教授李元景告訴記者：“暗物質實驗必須在極深的地下實驗室進行，只有這樣，高能量的宇宙線才能夠被盡可能地屏蔽，為暗物質探測提供盡量‘干凈’的輻射環境。”

　　于2010年投入使用的中國錦屏地下實驗室，前期專門為探測暗物質而建。垂直巖石覆蓋達2400米，是國際上巖石覆蓋最深的地下實驗室，被譽為中外物理學家眼中的實驗天堂。而我國自主設計的實驗儀器——質量約為1公斤的高純鍺探測器，是世界上單體質量最大的點電極高純鍺探測器原型，對輕暗物質的探測十分靈敏。

　　這些因素為我國暗物質實驗打下了良好的基礎。“我們的實驗對理解多個實驗組發布的、相互矛盾的暗物質實驗結果提供了更新的、靈敏度更高的證據。將暗物質直接探測實驗向更低能和更高靈敏度區域推進，擴展了新物理研究領域。”CDEX合作組首席科學家、清華大學康克軍教授說，“下一步，實驗組將建設模塊化的噸量級高純鍺探測器陣列系統，進一步提高暗物質探測靈敏度。”