PandaX-4T实验发布首个暗物质搜寻结果

作者: 时间:2021-07-12 点击数:

北京时间2021年7月8日下午4时,上海交通大学教授、中国锦屏地下实验室PandaX实验(“熊猫”实验)发言人刘江来博士在三年一度的马塞尔·格罗斯曼国际广义相对论大会上公布了PandaX-4T实验的首个暗物质搜寻结果。此次结果基于PandaX-4T试运行95天的数据,用0.63吨•年的曝光量,再次刷新了暗物质性质的边界值。

近百年的天文学和宇宙学的研究表明,宇宙中“看不见”的暗物质比我们已知的普通物质多了5倍多!科学家们普遍认为,暗物质与普通物质之间极有可能存在一种新的微弱的相互作用,可以在极深地下、利用超高灵敏度的探测器来寻找它们。PandaX实验就是国内最早开展暗物质直接探测的项目之一。实验项目由季向东教授在2009年发起,目前合作单位包括山东大学、北京大学、中国科学技术大学、中山大学、北京航空航天大学、南开大学、复旦大学、原子能科学研究院以及雅砻江流域水电开发有限公司(雅砻江水电)等。北航耿立升教授团队从2018年加入PandaX团队,承担了重要的软硬件任务,目前团队成员包括耿立升教授、周小朋副教授及博士研究生申国防等,团队与上海交大的韩柯教授承担探测器刻度方面的工作,并深入参与到整个物理分析过程。

PandaX-4T所在的锦屏二期实验室是国家发改委“十三五”重大科学基础设施项目之一,预期2023年完工。为了加快实验进度,PandaX团队在锦屏二期实验室B2实验厅中提前建设了临时配套设施和900吨的超纯水屏蔽装置。2019年8月,实验组进驻,并于2020年5月底完成探测器安装,建设过程中克服了诸多技术挑战和新冠疫情的影响。2020年11月28日,探测器调试完成,进入试运行,至2021年4月15日结束运行,其中稳定取数共95天。PandaX-4T探测器中共有5.6吨的高纯氙气,其中灵敏区域中有3.7吨。在95天的运行中,PandaX-4T探测器记录了约13.7亿次的事例,其中仅有1058个事例通过筛选进入了最终的暗物质分析数据集。这些事例中有6个事例落在了信号区域内,通过分析,它们和本底预期吻合,未出现暗物质事例超出的迹象。由于出众的灵敏度,PandaX-4T的这批数据覆盖了之前未被探测过的暗物质与普通物质作用的参数空间,取得了对暗物质最好的搜寻结果。

北航团队的周小朋副教授一直是PandaX项目的核心成员。他深入参与了PandaX-4T实验的建设及数据分析任务中。从18年开始,周小朋博士长期进驻实验建设现场,与上海交大同事一起负责现场配套设施的建设,保证了探测器按时入场调试,为PandaX-4T探测器能在激烈的国际竞争中后发先至,率先取得物理结果赢得了宝贵的时间。探测器试运行期间,周小朋博士深入参与了刻度系统的研发及刻度数据的采集,为团队理解PandaX-4T探测器的性能、灵敏度及跟进的优化做出了重要的参考,保证了第一个物理分析结果的数据分析质量。在数据分析中,周小朋作为该分析工作的副协调人,全面参与了从数据重建、筛选到最终物理分析的整个流程,为PandaX-4T实验的首个物理结果做出了重要贡献。北航物理学院博士生申国防同学,从硕士生阶段就参与到PandaX-4T实验中,负责了PandaX-4T实验中一个重要的刻度技术----DD中子刻度的全过程,同时申国防同学也积极参与到PandaX-4T实验现场的运行维护中,承担了数月的运行维护工作,为PandaX-4T探测器的稳定运行做出了重要贡献。

此次试运行结束后,PandaX实验组将加快开展对探测器中氚本底的提纯工作,预期将探测器的本底降低一倍以上,以更高的灵敏度搜寻暗物质。

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