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24日，以中国科学家为主导的大型暗物质探测实验组PandaX（熊猫计划）在上海交通大学发布首批数据，实验结果对以往国际上发现的疑似轻质量暗物质信号提出质疑。这标志着中国在暗物质探测这个前沿科学领域跨进世界先进行列。

一、暗物质

物理和天文学家通过大量天文观测推断，宇宙中有大约27%的成分由一种有质量却与普通物质
没有电磁和强相互作用的暗物质组成。在银河系，暗物质比熟知的普通物质多了20倍以上。地球及太阳系在银河系中的暗物质“雾霾”里运动，暗物质可以在地球等普通物质中穿梭来往，几无阻拦。因而，暗物质的本性之谜被普遍认为是21世纪物理和天文学中最具有挑战性的问题之一。

本世纪以来，国际上相继展开了20多个暗物质探测实验，利用暗物质和探测器的直接碰撞来寻找暗物质。特别是近几年来，意大利DAMA/LIBRA实验，美国CoGeNT和CDMS两个实验，以及德国CRESST实验先后宣称发现了疑似轻质量暗物质的信号，这些信号引起了科学界和公众的强烈兴趣。

PandaX是“粒子和天体物理氙探测器”（Particle AND Astrophysical Xenon Detector）的英文简写，由上海交通大学牵头组织领导，包括中国和美国的六家研究机构和大学（山东大学、中科院上海应用物理研究所、北京大学、雅砻江流域水电开发有限公司、美国马里兰大学和美国密西根大学）的40多位研究人员参与。实验利用空气中提纯的惰性元素氙（Xe）作为探测媒介来寻找暗物质。该实验探测规模仅次于世界上最大的、位于美国南达科他州地下矿井中的一个同类实验LUX。

二、深洞实验室

实验在四川攀枝花二滩水电站锦屏山地下实验室进行。该实验室由清华大学工程物理系与雅砻江流域水电开发有限公司合作建设，位于地下2400米，是世界上最深的地下实验室。该实验室一期于2010年投入运行，二期工程包括4组共8个实验室及其辅助设施，将于2015年底完成土建工作，总容积将从目前的4000立方米扩容到12万立方米。

世界上最难挡住的是宇宙射线。打造一个理想的实验环境，要尽量遮蔽住宇宙射线，用岩石阻挡是好办法。锦屏地下实验室垂直岩石覆盖达2400米，高能量的宇宙线能够被尽可能地屏蔽，为暗物质探测等重大基础性前沿课题研究提供了尽量“干净”的辐射环境。经过测量发现，锦屏地下实验室周围的岩石纯度非常高，这是一个“干净”的地下实验室所必须具备的另一项重要指标。

为了让实验室变得更“干净”，工作人员还对环境进行了特殊的包装。实验室外层是1米厚的聚乙烯材料，用于阻拦和吸引中子；然后是20厘米厚的铅层，用于屏蔽外部的伽马射线；20厘米厚的含硼聚乙烯，用于吸收剩余的中子；10厘米厚的高纯无氧铜，用于阻挡铅材料及外部其他材料中的伽马射线。这些屏蔽设备几乎屏蔽掉了能够想到的一切辐射源。

三、探测过程及初步结论

此次PandaX用约120公斤的液态氙作为靶点子来探测，主要为了检验其他实验发现的轻质量暗物质疑似事例。从今年5月起，经过一个多月的运行，实验组设计和研制的120公斤级液氙探测器的灵敏度已被证实达到世界先进水平，能够对至今为止所有疑似暗物质探测实验所获得的数据信号进行高精度的验证。
PandaX项目采用“二相型氙”技术捕捉暗物质粒子与氙原子核发生弹性碰撞而产生的微弱信号，利用这些信号可以区分来自暗物质或其他放射性所产生的事件。

昨天，PandaX合作组宣布，在一个多月的运行过程中，尚未探测到任何有关暗物质的事例，这个测量结果和一些其它实验所发现的轻质量暗物质疑似信号不兼容。

在该地下实验室同时进行的另外一个暗物质探测实验，是由清华大学牵头的暗物质探测实验组CDEX，利用低阈能的锗探测器进行轻质量暗物质探测。CDEX也在今年发布了探测结果，对CoGeNT所探测到的疑似信号提出质疑。

PandaX能在如此短的探测时间内得出具有国际影响力的结果，关键在于使用了近十年来发展最迅速的液氙探测技术，欧美在这个技术上正加大投入。在首次排除了较轻的疑似暗物质信号以后，PandaX将继续以更高的灵敏度寻找相互作用更微弱的轻质量暗物质。同时，正在建造一个500公斤级的探测器，寻找理论家所预言的、更有可能是较重质量的一类暗物质粒子。

据悉，该研究成果的正式论文已被《中国科学：物理学力学天文学》（英文版）杂志接收发表，同时发布在高能物理文献网上。