暗物质探测

人类的进步和生活方式的改变，与科学的发展和变革息息相关。从古代人对天文地理编制的美丽神话“盘古开天”，到21世纪好莱坞科幻大片中的“星际穿越”，人类对于广袤宇宙的向往和探索从未停止过。纵观近现代 “群星闪耀”的基础物理发展史，从牛顿，麦克斯韦到爱因斯坦，从万有引力，相对论到量子力学，超弦理论，这些重大发现和著名物理学家不断涌现，推动了现代科学的快速发展。然而，近50年的时间里，基础物理学稍显停滞，并没有出现能够与相对论、量子力学等重大理论突破相提并论的新发展。正因为此，很多拥有伟大物理梦想的科学家和研究人员在着力推动基本粒子和暗物质粒子探测研究，期待可以直达真理，不断探索宇宙的终极秘密。在“标准宇宙学模型”中，宇宙由68%的暗能量（Dark energy）、27%的暗物质（Dark matter）和5%的普通物质（matter）组成，但迄今还没有暗物质观测的直接数据。当前探测暗物质粒子主要包括三类实验方案：一是对撞机探测，通过对撞机实验来产生暗物质粒子，进而探测出来；二是间接探测，包括卫星试验和空间站实验，例如2008年美国发射的名为Fermi的γ射线探测卫星，2015年我国发射的“悟空”暗物质粒子探测卫星；三是直接探测，通过暗物质粒子与原子核作用对暗物质粒子进行探测，但由于作用信号非常微弱，很容易湮没在大量本底环境中，因此需要把探测器放在地底深处的实验室以屏蔽宇宙射线干扰。中国PandaX暗物质探测项目持续推进‍在暗物质粒子的直接探测实验领域，全球有三大最先进的研究项目实验组；中国的PandaX，美国的LUX-ZEPLIN，意大利的XENON。PandaX（熊猫计划）是“粒子和天体物理氙探测器”（Particle and Astrophysical Xenon Experiments）的英文简写，是我国开展的首个百公斤级大型暗物质实验。这些实验都是利用液氙（Xe）作为探测媒介来寻找暗物质。PandaX项目组依托于上海交通大学粒子与核物理研究所和李政道研究所，并与中国科学技术大学，北京大学，山东大学和南开大学等相关实验室直接合作。在2016年PandaX二期实验（500公斤级液氙）已经取得了世界领先的暗物质探测灵敏度。据上海交通大学低温制冷与液化研究室负责人巨永林教授表示，目前正在进行四吨级液氙探测实验PandaX-4T，将暗物质探测灵敏度向前推进了1-2个数量级。暗物质直接探测需要稳定的低温真空环境 尽管直接探测实验在全世界已经开展了约30年的时间，实验灵敏度有了巨大的提高，但是到目前为止，还没有发现令人信服的暗物质散射的信号。因此，PandaX-4T探测项目通过使用4吨液氙全面增大了灵敏度，但同时在整体实验设计上也会有很多新挑战并需要各种性能优化。考虑到探测机制原理，要探测未知的暗物质跟已知的氙原子可能产生的微弱的闪动光信号，并将其转换成电信号放大来测量，关键就是把其他已知粒子带来的信号全部排斥在外。在PandaX-4T实验项目中，包括了八个子系统：时间投影室探测系统、光电探测系统、前端电子学系统、触发和数据获取系统、气体存储和处理（又称气体纯化）系统、低温系统、精馏系统、低本底控制系统等。其中，低温制冷系统和气体纯化系统都使用了真空泵组作为必要的设备部件，来实现两个基本保障：首先是稳定的低温真空工作环境（零下95度左右），减少外界环境的漏热，将探测介质氙的温度波动控制在大概±0.1k；同时，需要先将材料表面、阀门管道和管线等烘烤加快杂质气体释放，然后抽真空处理，这样氙和极少量的残余气体流经纯化系统，此过程中会吸附气体杂质（避免杂质对后期微弱信号捕捉的干扰），保障氙的纯度。普发真空泵为客户提供高性能真空解决方案PandaX从最开始的250公斤氙的用量，到现在的PandaX-4T，即4吨有效探测量的氙，计划未来将进行30吨级暗物质探测实验，全面覆盖暗物质的参数空间。所以，系统越大就越复杂，探测设备的尺寸越大，绝缘结构和隔热结构的层数就越多，管线数量大大增加。因而对真空泵的数量或者抽速就带来很高的要求，比如理想的夹层真空度一般需要达到10-4帕。因此，实验项目组选择真空泵的主要性能参数（技术指标）就包含了极限真空度，真空泵抽速，密封性，尺寸规格等。据上海交通大学制冷与液化研究室负责人巨永林教授表示，目前PandaX实验组已经购买了10台普发真空泵（其中6台用于低温系统和液氙存储系统，4台用于精馏系统），主要有以下几个方面的原因：首先，普发真空产品的主要技术指标能够满足严苛的实验条件；其次，产品性能足够优异的基础上，价格合理；再次，普发真空的辅助测量系统使用便捷而稳定，能对持续大半年的不间断探测运行提供可靠的支持；最后，普发真空的售后服务也很完善，能够提供各种技术支持和泄露检测解决方案等等，从而有力地支持了整个PandaX项目运行。从现在到未来，普发真空不断助推暗物质探测目前，普发的真空泵Hicube300Pro和Hipace300已经在PandaX-4T实验项目中得到了成功实践。一方面，真空泵作为必要备件被部署于上海研发实验室的暗物质探测器的子系统中，配合优化和升级的需要；另一方面，普发真空泵被部署于位于世界岩石覆盖最深的四川锦屏地下实验室暗物质探测系统中，实现稳定运行。从实际探测过程看，普发真空泵基本保障了整个探测系统的低温真空环境，为确保探测的灵敏度和精度保驾护航。值得一提的，由于系统运行的特殊地理环境等因素，可靠实时地保障系统各层级的极限真空度，系统部件必须确保极低的漏率，因此PandaX-4T项目还使用了ASM 340D系列检漏仪。通过采用该设备，可以有效地监测出来细微到10-13 Pa• m3/s 的泄漏。 “在目前PandaX-4T项目的基础上，实验室还在研发30吨液氙的探测项目，希望把精度推向下一个数量级。在我们的计划中，从2025年到2035年，这一项目预计总投资将达到数十亿人民币，需要购买47吨液氙来进行暗物质探测。”对于未来的研究计划，巨永林教授满怀信心，也满怀期待，“毫无疑问，液氙的量级越高，对于低温真空环境的稳定性要求也会越高，未来对高性能真空泵的需求也是非常大的。我们希望，以普发真空为代表的企业，能为我们的基础物理研究不断提供更好的工具支持。” 关于普发真空普发真空- (Stock Exchange Symbol PFV, ISIN DE0006916604)-作为全球领先的真空技术解决方案的供应商之一。我们不仅拥有全系列的复合轴承及全磁悬浮涡轮分子泵, 同时还拥有各种旋片泵，干泵，罗茨泵，多级罗茨泵，检漏仪，真空计， 质谱仪等产品以及真空管件和系统解决方案。 从普发真空发明涡轮分子泵至今, 我们在全球分析仪器、工业、科研、半导体和前端技术领域，始终代表着创新的解决方案和高品质的产品。公司自1890年创立至今百余年始终走在世界前沿， 在全球拥有 3,400 多名员工，20 多个办事处和 10 个制造工厂。

记者从前天召开的中国物理学会2009年秋季会议上获悉，上海交大将参与建设国内第一个极深地下暗物质探测实验室，揭开这一世界前沿科研领域的神秘面纱。该实验室选址在“世界最深、探测条件最好”的四川锦屏山隧洞，深入地下2500米。目前，一台采用25公斤液氙的探测器模型也正在建造中，2年后有望投入运行，这一研究将打开一扇通向未知世界的大门。 　　上海交大物理系主任季向东教授告诉记者，暗物质是一个与任何东西都能相互作用，但非常弱的一种粒子，穿过地球你都感觉不到，所以非常难以探测到。要探测暗物质，就必须把宇宙线的背景屏蔽掉。由于受外界噪音、辐射等干扰，给暗物质的研究带来很大的难度。 　　“怎么屏蔽掉?就要往地下走。”季教授进一步解释说，地下深度和宇宙线的强度按指数在衰减，所以越深越好。但是想打一个几千米的地洞，实验室就必须花费很大的人力物力。“但是我们非常幸运，正好四川锦屏山要建一个大型水电站，其中锦屏山水电站的交通隧洞覆盖层深度达2500米以上。”季教授说，这一难得的“与世隔绝”的环境，成为研究暗物质的绝佳“天然实验室”。“交大物理系已经跟他们达成协议，等他们完工后，这个工程隧道由我们来用。这样，我们就变成拥有了全世界最深的地下实验室。” 　　“这里也是目前世界上一流的暗物质研究的环境。”季向东介绍，目前，交大物理系的专家正致力于实验室的建设，极深地下暗物质探测实验室也有望明年年底竣工。

中新社上海2月16日电 上海交大和二滩水电开发有限公司16日签署合作协议，双方将致力于探测暗物质研究。 　　上海交大校长张杰透露，在四川锦屏地下实验室，液氙暗物质探测装置将很快开始建设，预计今年下半年可建成并投入运行。 　　在宇宙学中，所谓“暗物质”是指那些“看不见摸不着”，不发射任何光及电磁辐射的物质。地球引力效应显示宇宙中应有大量暗物质存在，探测暗物质是当今物理学界的世界性前沿问题。 　　据介绍，四川锦屏地下实验室深达2400米，是目前世界上岩石覆盖最深的地下实验室，由清华大学与二滩公司合建，主要用于探测研究暗物质。由上海交大牵头组织、中美6家研究机构参与的大型暗物质研究项目PandaX将在该实验室展开，该项目的最终目标是建成吨量级液氙暗物质探测装置，对暗物质进行最灵敏的探测和对其本质进行研究。首期25公斤级实验今年下半年开始运行，二期200公斤级实验预计明年开始运行。 　　根据协议，上海交通大学和二滩公司将发挥二滩水电的产业、环境、资金优势和上海交大人才、科研和多学科交叉优势，共同推进自主创新，促进产学研结合，加速科技成果向现实生产力转化。

空间伽马射线观测作为人类认识宇宙的重要手段之一，在宇宙起源、暗物质探测等科学前沿问题的研究中发挥着积极作用。9月7日，中国科学院国家空间科学中心国家空间科学数据中心与中科院紫金山天文台联合发布“悟空”号暗物质粒子探测卫星首批伽马光子科学数据。此次公开发布的为2016年1月1日至2018年12月31日的伽马光子科学数据（共计99864个事例），以及与其相关的卫星状态文件（共计1096条记录）。暗物质粒子探测卫星（又名“悟空”号）作为空间科学先导专项（一期）首发星，于2015年12月17日在酒泉卫星发射中心成功发射。其主要科学目标通过在空间观测高能电子（包括正电子）和伽马射线能谱，寻找暗物质粒子的存在证据，并开展宇宙射线起源及伽马射线天文方面的相关研究。经过五年半的平稳运行，目前“悟空”号卫星平台、有效载荷均工作正常，已经完成全天区扫描超过11次，获取了约107亿高能宇宙射线事例，已先后获得了宇宙线电子、质子、氦核等TeV以上能区最精确的测量结果。暗物质粒子探测卫星有效载荷由4个子探测器（塑闪阵列探测器PSD、硅阵列探测器STK、BGO量能器、中子探测器NUD）构成。其中塑闪阵列探测器主要用于测量入射粒子的电荷，并用于伽马射线的反符合探测；硅阵列探测器主要用于测量入射粒子的方向，内部装有钨板将伽马射线转换为正负电子从而实现对其方向的精确测量，同时也可以对入射粒子的电荷进行测量；BGO量能器主要用于测量宇宙线粒子尤其是高能电子和伽马射线的能量，同时进行粒子鉴别，剔除高能核素（包括质子和重核）本底；中子探测器用于测量宇宙线中的强子与中子探测器上层的物质发生作用产生的次级中子，进一步剔除高能核素本底。暗物质粒子间接探测、宇宙线物理和伽马射线天文是“悟空”号卫星的三大科学目标，而对伽马射线的观测是实现其科学目标的重要手段之一。由于伽马光子不带电荷，在传播的过程中不会被磁场偏转，可以更好地携带暗物质空间分布的信息，故而在暗物质间接探测研究中伽马射线数据具有特殊价值。暗物质粒子探测卫星的伽马射线观测具有极高的能量分辨率，有望更好地研究暗物质的性质。国家空间科学数据中心与紫金山天文台将持续发布伽马光子科学数据，开展数据分析与应用技术及工具的研发，为公众提供数据共享与应用服务。“悟空”号伽马射线曝光图

美籍华人物理学家丁肇中领导的暗物质研究小组昨天发布重大研究成果，根据国际空间站上阿尔法磁谱仪的首批观测数据，科研人员已经找到了可以证明暗物质存在的6个证据中的5个。 暗物质是现有宇宙构成理论中最关键的假设之一，能够解决宇宙大爆炸理论的不自洽问题。为寻找暗物质，丁肇中于1995年提出了建造阿尔法磁谱仪的国际合作项目，中科院、上海交大、山东大学等中国科研机构都参与了磁谱仪核心部件的建造。2011年5月，阿尔法磁谱仪被送入太空，开始执行为期3年的暗物质探索任务。 距发现暗物质只剩最后一步 当地时间18日晚间，诺贝尔奖得主、美籍华人物理学家丁肇中领导的阿尔法磁谱仪项目，在欧洲核子研究中心公布了最新研究成果，进一步显示暗物质可能存在。这一成果发表在最新一期美国《物理评论快报》上。 据参与该项目的山东大学科学家程林教授介绍，目前阿尔法磁谱仪已发现了1090亿个电子与反电子，在业已完成的观测中，暗物质的6个特征已有5个得到确认。这一研究结果将人类对暗物质的探索向前推进一大步。 到底什么是暗物质呢？上世纪二十年代，物理学家们提出了宇宙大爆炸的学说。根据这一学说，宇宙在大爆炸以前处于真空状态，大爆炸以后才形成了物质世界，据此推断就应该有反物质存在。此后，物理学家们开始了寻找反物质或称暗物质的努力。 &ldquo 暗物质是一种人眼看不到的物质，想要证明它的存在可不容易。&rdquo 国家天文台宇宙暗物质暗能量组首席研究员陈学雷介绍说，1930年左右，科学家发现有一些星系团中的物质，产生的引力要比其他可以看到的星系多一些，但是这些物质不发光，所以就起名为暗物质。 现有物理学假设认为，人类目前所认知的物质世界大概只占宇宙的4%。在这之外，那些不发光不发热的暗物质，则占了宇宙的23%，还有73%是暗能量。 410亿数据将改变人类知识 寻找暗物质主要有3种途径。一种是利用粒子对撞产生直接暗物质；另一种是利用引力场间接探测。暗物质不发光，但是可以产生引力，因此可以通过对引力场变化的测量来寻找暗物质。中国主导的&ldquo 熊猫计划&rdquo （PandaX）就是后一种方法的实践。 阿尔法磁谱仪项目代表了第三种途径。从理论上讲，暗物质相互碰撞会产生过量正电子（所带电荷量与我们常见的带负电的电子恰好相反），因此可以通过探测正电子来寻找暗物质。 自从2011年5月16日被安置到国际空间站迄今，阿尔法磁谱仪已运行四十多个月，共搜集了540亿个宇宙射线数据。刚刚公布的研究成果，是基于对最先收集到的410亿个数据的分析。在这些数据中，科学家观测到约1000万个电子与正电子，这是半世纪来检测到的正电子分率的最大值。 根据丁肇中研究小组此次在美国《物理评论快报》上发布的结果，已发现的宇宙射线中过量正电子的5个特征分别为：正电子比例上升是从8吉电子伏特（1吉等于10亿）的能量开始；在速率方面，正电子占电子与正电子总数的比例快速增加；在275吉电子伏特左右停止增长；比例上升的过程较为均衡，没有明显的峰值；还有正电子似乎来源于宇宙空间的各个方向，而不是某个特定方向。 据丁肇中介绍，证明暗物质所需的最后1个特征就是正电子的产生率会不会突然下降，&ldquo 这个要花很多的时间，&rdquo 丁肇中说，&ldquo 很快下降一定是暗物质跟暗物质对撞产生正电子，因为暗物质能量有限，到一定能量以后就不可能再产生正电子，所以会突然下降。&rdquo 对于这一批数据的意义，丁肇中说：&ldquo 到现在为止我们所得到的结果，没有一个和过去100年所收集的结果是一样，所以也可以这么说，就是所有的结果慢慢改变人类对于这些的了解。&rdquo 中国研制阿尔法磁谱仪核心部件 由丁肇中教授领导阿尔法磁谱仪(AMS)项目是目前世界上规模最大的科学项目之一。阿尔法磁谱仪的结构很复杂，任务很艰巨，但它工作的基本原理却是高中物理中带电粒子在磁场中运动的知识。 说白了，阿尔法磁谱仪就是一个带电粒子探测器，其核心部件是由中国科学家和工程师经 4 年努力研制的永磁体，可以产生一个很强的磁场。当宇宙中的带电粒子穿过这个磁场时，磁场就对它施加洛仑兹力使之发生偏转，这时，记录有关数据，再用电子计算机进行数据处理，就可以从中区分出正电子等各种带电粒子。 丁肇中于1995年提出了阿尔法磁谱仪的设想，并主持其相关的国际合作计划。这计划是一个国际合作项目，动员了来自15个国家31所大学院校的上百名科研人员。 中国科学家为磁谱仪倾注了大量心血，参加阿尔法磁谱仪国际合作的中国单位还包括中国科学院电工研究所、上海交通大学、东南大学、山东大学、中山大学，以及中国台湾的&ldquo 中央研究院&rdquo 物理研究所、&ldquo 中央大学&rdquo 、中山科学研究院等。 阿尔法磁谱仪最关键的永磁体系统是由中国科学院电工研究所、中国科学院高能物理研究所和中国运载火箭技术研究院联合研制，211厂生产制造。 2011年5月16日，美国&ldquo 奋进号&rdquo 航天飞机将阿尔法磁谱仪送入太空，安放在国际空间站上。

中国科学院紫金山天文台研究员黄晓渊与清华大学、北京大学合作，提出利用射电望远镜直接寻找暗光子暗物质的新方法。5月2日，相关研究成果以《利用射电望远镜直接探测暗光子暗物质》（Direct detection of dark photon dark matter using radio telescopes）为题，发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。该论文被列为物理学特别推荐（Featured in Physics），并得到美国物理学会（APS）的推荐报道。 　　暗物质是一种在天文观测中被发现的物质，具有引力作用但不发光，占据宇宙总能量的27%。关于暗物质的粒子物理性质的研究是当前粒子物理和宇宙学最重要的研究课题之一。超轻暗光子作为暗物质的候选者越来越被物理学家重视。 　　20世纪60年代初，彭齐亚斯和威尔逊在进行射电天文学研究时意外发现了一个低水平的背景噪音。后来，这个噪音被证实是宇宙微波背景辐射，是早期灼热宇宙膨胀的重要证据之一。超轻暗光子通过与光子的动力学混合，呈现出类似光子的电磁相互作用。作为弥散在宇宙中的暗物质的候选者，超轻暗光子暗物质可表现出类似于宇宙微波背景辐射的行为。如果现代射电望远镜仔细聆听，可能会听到来自黑暗世界微妙的声音。 　　暗光子暗物质可以在地面上的射电望远镜的反射板或偶极天线上引起电子振荡，从而在望远镜的探测器上产生单频射电信号，其辐射频率与暗光子质量根据质能方程转换得到的特征频率相同。利用我国500米口径球面射电望远镜（中国天眼，FAST）的观测数据，黄晓渊与合作者在1-1.5GHz寻找暗光子暗物质产生的信号，给出了这个频率范围内对暗光子暗物质的最强实验限制。已有的低频阵列射电望远镜（LOFAR）、在建的平方千米阵列射电望远镜（SKA）以及未来FAST望远镜将能够达到更高的灵敏度，有发现此类暗物质的潜力。 　　研究工作得到国家自然科学基金、科技部、中国科学院、江苏省、清华大学、北京大学等的支持。 （左）暗光子暗物质在FAST镜面上转化成普通光子的示意图；（右）本文结果对暗光子暗物质的限制（图中标注“FAST”部分）。相关成果已被暗光子综述网站收录。

&ldquo 中国锦屏地下实验室&rdquo 示意图 　　这个世界，还有很多未解之谜。宇宙中，人类可见可知的物质成分只占4%左右，还有27%左右是未见未知的暗物质，另外七成左右则是同样神秘的暗能量。昨天，中国科学家主导的大型暗物质探测&ldquo 熊猫计划（PandaX）&rdquo 实验组，在上海交大发表了立项4年来的首批物理数据。这项在四川2000多米深洞中开展的实验，目前尚未找到暗物质的任何踪影，同时对之前国际上发现的疑似暗物质信号提出质疑。人们不禁要问，地球上真有暗物质吗？ 　　每秒上亿暗原子穿身而过 　　长期以来，全世界的物理和天文学家通过大量天文观测，推断出宇宙中暗物质的成分占比极大，它们与普通物质一样具有质量，却与普通物质不发生电磁作用和强相互作用。因此，暗物质可以在普通物质中穿梭来往，几无阻拦。在人类所在的银河系，暗物质更是比普通物质多20倍以上。可以说，地球以及太阳系在整个银河系暗物质的&ldquo 雾霾&rdquo 中运动，暗物质随时都在轻易地穿越地球和太阳。 　　近年来，人类在发现&ldquo 上帝粒子&rdquo 过程中运用了高能粒子对撞机制，在稍纵即逝的撞击&ldquo 火花&rdquo 中，捕捉最后一种未被实验证明的粒子。然而，这种&ldquo 上帝粒子&rdquo 配上了诺奖，人们建立的粒子物理标准模型也已完备，却仍无法作出对暗物质粒子的解释。 　　本世纪以来，国际上相继开展了20多个暗物质探测实验，也就是期待暗物质的&ldquo 暗原子&rdquo 把探测器中的&ldquo 靶原子&rdquo 撞飞。项目负责人、上海交大物理和天文系季向东教授用&ldquo 守株待兔&rdquo 来形容实验&mdash &mdash 他解释称，事实上每秒钟大约有上亿个暗物质原子穿透我们的身体，但人体内的原子数量达1亿亿亿个，也就是10的23到24次方，因此一天中体内某个原子被撞到的概率不足一次。更何况，暗物质穿身而过的速度达每秒220公里左右。 　　实验尚未发现暗物质信号 　　即使暗物质与物质的原子撞到了，也只产生极其微弱的光电信号，且必须被及时探测并捕获。而在地面上，看不见、摸不着的各种宇宙射线，对这样的&ldquo 暗物质捕手&rdquo 造成极大的背景辐射干扰。为屏蔽繁杂的粒子撞击信号，实验不得不深入地下。 　　&ldquo 熊猫计划&rdquo 实验正是在世界最深的四川锦屏山地下实验室进行的。这一实验场所由清华大学和雅砻江流域水电开发有限公司于2010年联合开发，在隧道工程建设中利用了一个约2400米深的人工井。山洞上方被深厚岩石层所覆盖，阻挡外界信号。 　　PandaX是&ldquo 粒子和天体物理氙探测器&rdquo 的英文简写，以惰性元素氙（Xe）作为探测媒介。实验由上海交大牵头组织，合作组包括中美6家研究机构和大学在内，首期使用了约120公斤的液态氙作为&ldquo 靶子&rdquo 。在今年5月开始的暗物质探测数据中，探测器记录了约400万个粒子撞击事例，在暗物质可能产生的&ldquo 能量区&rdquo 大约有1万个事例，而在探测器最&ldquo 安静&rdquo 的中心&mdash &mdash 37公斤液氙中只有46个事例。通过与放射源的定标比较，这最后的46个事例全部来自放射性本底，没有暗物质留下的痕迹。 　　季向东分析认为，120公斤级液氙探测器的灵敏度已达世界先进水平，能对至今为止所有暗物质探测实验获得的疑似数据信号进行高精度验证。从现在的测量结果看，近几年意大利、美国、德国等国开展的4项实验，发现的均为疑似轻质量暗物质信号，而人类最可能发现暗物质的&ldquo 能量区&rdquo 应是实验还未涉及的重质量信号区。 　　世界最大探测器明年建成 　　&ldquo 熊猫计划&rdquo 是中国开展的首个百公斤级大型暗物质实验，而更大能级的实验才可能捕获真正有价值的暗物质线索。据了解，实验成功的关键在于近十年来发展极为迅速的液氙探测技术。欧美在这项技术上正在加大投入，比如世界上处于运行状态的最大液氙探测器就是美国250公斤级的LUX探测器，它位于美国南达科他州地下矿井中，而我国实验的探测规模仅次于它。 　　在首次排除较轻质量的疑似暗物质信号后，&ldquo 熊猫计划&rdquo PandaX正在建造一个500公斤液态氙的探测器，计划明年建成，届时&ldquo 半吨级&rdquo 实验将是世界最大规模。其灵敏度可比现有装置放大20倍左右，并可进入重质量暗物质信号区进行搜索，覆盖这一&ldquo 能量区&rdquo 的一半面积。季向东表示，随着能级提升，&ldquo 熊猫计划&rdquo 有望找到理论预言的、较重质量的一类暗物质粒子，将人类对宇宙万物的认识进一步推向深入。

身在波尔比钾盐矿的肖恩帕林和尼尔罗利博士。钾盐矿地下深处就是一座科学实验室。矿井的地道又高又宽，足以并排摆放两辆路虎汽车。 天体粒子物理学家帕维尔马耶夫斯基走进被塑料布包裹的ZEPLIN-III探测器 波尔比钾盐矿位于约克郡荒野北部边缘地带，实验室座落于地下0.68英里(约合1.09公里)处 　　北京时间1月25日消息，一组天体粒子物理学家正在位于英国约克郡地下超过半英里(约合804米)的实验室搜寻暗物质。暗物质非常神秘，一直就是最大的宇宙谜团之一，即使参加这项实验的科学家也不确定暗物质是否真实存在或者最终能否发现这种物质。3月，实验结果将浮出水面，如果如愿以偿地发现暗物质，这一发现将彻底改变科学界的面貌。 　　实验室位于地下深处 　　搭乘一个漆黑一片的狭窄贯笼，感受气流在身边迅速穿过，经过6分半的下降之旅，你便来到这个地下实验室。实验室最深处与地面的距离超过0.5英里，位于北约克郡荒野地下，温度达到40摄氏度。如果出现任何差错，你将困在充满水的岩层下方，深度达到33名智利矿工被困矿井的两倍。庆幸的是，这些矿工最终成功获救。 　　当然了，在冬季的早晨，搭乘贯笼进入波尔比钾盐矿的科学家并没有这种担忧。如果有此担忧，他们无疑选错了地方。为了成功完成寻找和研究暗物质的这项工作，他们只能进入地下深处，防止遭到轰击地球表面的宇宙射线和辐射的影响。 　　他们身穿橙色连体工装，佩戴护胫，脚蹬安全靴，头戴安全帽，帽子上装有照明灯，身上还绑着一条大带子，同时配备必需的自救设备 (紧急呼吸器)。虽然从装扮上看，他们与矿工并无差异，实际上，他们的真实身份是物理学家，进入矿井的目的并不是为了寻找这座矿井的主产品——钾盐和岩盐，而是寻找更为难于捉摸的暗物质。迄今为止，还没有人证明暗物质真实存在。 　　在矿井的底部，矿工朝着一个方向——朝向矿井一面——前进，科学家则朝着另一个方向前进，穿过一条长地道向地下前进。矿井的这部分呈蜂窝结构，地道的总长度超过600英里(约合965公里)。只要不想到上方的岩石和水，你不会得幽闭恐怖症。地道内又高有宽，可并排容纳两辆路虎汽车。据一名煤矿矿工透露，由于地道主要是在岩盐矿脉中挖掘，封闭的速度较为缓慢。这里的温度较为适度，矿井内的盐就在嘴边，呼吸的空气能够感觉到盐的气息。 　　两个主实验室 　　科学家爬进一辆使用柴油机的路虎，其在制造上能够在地下使用时保证消防安全。在前行了800码(约合731米)后，他们将车停在旁边的一个小地道内。这条地道通往一个采用胶合板结构的简易交流区。来自上方的压力导致这里开始出现裂缝，现正等待重建。 　　在交流区暂作休息，喝一杯咖啡之后，他们沿着一条狭窄的通道继续向下前进，进入一个更衣区。在这里，他们换上干净的靴子和帽子，穿上一次性拉链式白色连体工装。地下实验室一定要保持洁净，这也就是为什么他们在进入前就换上干净的工作服。此外，他们还要穿过一个封闭的真空吸尘装置，吸掉身上的每一粒尘土。形象地说，就如同洗了一个澡。完成这些准备工作之后，他们才可以进入实验室。 　　这个地下实验室并不起眼，长300英尺(约合91米)，墙壁采用紫红色防火涂料，看上去有点恐怖。顶部是滑行装置，用于两吨重的起重机运送重型设备，墙边摆着大量测量设备、电脑显示器、表盘、电线和仪表。中央是两个主实验仪器，表面上体现不出它们的重要性。它们将帮助科学家揭开宇宙的一个最大谜团。 　　其中一个实验仪器主要由一个巨大的盒子构成，体积70立方英尺(约合2立方米)，外面包裹着难看的透明聚丙烯塑料布，看起来似乎是最近才运到实验室的，上没来得及拆封。另一个实验设备也是一个立方体，现已被大卸八块，来自加利福尼亚州的一名教授正对其进行维修。这个设备由一系列框架构成，好似一个鸡蛋切片机，它的电线很细，细到让人不敢近距离观察，唯恐一不小心摔倒，压坏这个造价数千英镑的设备。 　　这两个实验仪器一个是暗物质探测器，被称之为“ZEPLIN-III”，另一个是暗物质望远镜，被称之为“DRIFT-II”，它们均在与时间赛跑，寻找在宇宙中占据重要位置的暗物质。科学家认为暗物质在宇宙的比重高达80%以上。　 进气系统，确保超纯氙气供应 研究小组在临时餐室暂作停留，而后穿上工作服进入实验室 矿用卡车搭载液态氮，开往实验室 　　可能一无所获 　　在科学界，寻找暗物质是众多物理学家为之奋斗的目标，发现者的名字将被永远载入史册，与牛顿和爱因斯坦齐名。但令人感到备受挫折的是，这种物质非常神秘，参与这一项目的科学家中没有一个人确切知道暗物质是否真实存在。 　　欧洲核子研究组织耗资60亿英镑(约合96亿美元)的大型强子对撞机座落于瑞士，寻找暗物质也是这一庞大项目的目标之一。此外，美国和欧洲的其他一系列项目也将寻找暗物质作为一个重要目标。英国此次寻找暗物质的努力一年的费用不到100万英镑(约合160万美元)。 　　加利福尼亚州教授斯诺登伊夫特从洛杉矶的西方学院飞到英国，进入地下实验室修理暗物质望远镜。他表示：“我真的不知道我正在寻找的这种粒子是否真实存在。我们可能只是白费心机，根本找不到暗物质。” 　　如何成功发现暗物质呢?ZEPLIN-III项目负责人、伦敦帝国学院讲师亨里克阿劳霍博士表示：“如果能够发现暗物质，我们将最终解答物理学上的一个重大疑问。”伊夫特教授脸上的笑容告诉我们，寻找暗物质的努力最终徒劳无功的可能性并不像他开玩笑时说的那么小。在他眼里，这是一个最令人兴奋的科学研究领域。对于此次寻找暗物质的尝试，公众最关心的莫过于结果——究竟是如愿以偿地发现暗物质还是发现其他物质。 　　他说：“在发明荧光灯之前，没有人知道发现等离子体发出的光线意味着什么。在创立量子力学理论时，科学家最初认为这是一项完全无用的理论。但突然间，他们发现全世界的每一台电脑都立基于这一理论。”在这个地下实验室，伊夫特用外行人能够听得懂的话解释寻找暗物质的重要性。他说：“虽然发现这种物质的可能性很小，但发现的意义非常重大，要知道，暗物质在宇宙质量中的比重高达85%。” 　　质量失踪问题 　　我们已经知道其他15%由什么物质构成。我们的身体、我们的家、我们的行星，所有我们能够看到和触摸到的一切都由普通物质构成。物质是引力之源，由原子构成，电子绕着原子核运动，产生一个电磁场。在浩瀚的宇宙，在恒星之间漆黑一片的空间，可能还存在另一种物质——暗物质。不仅仅在太空，地球上也可能存在暗物质，虽然数量较少，在阅读这段文字时，每秒将有100万暗物质粒子穿过你的小指。之所以被称之为暗物质是因为这种物质不会发射光线同时也不可见。暗物质没有电磁场，这也就意味着几乎无法借助任何常规科学测量设备探测到它们的存在。 　　我们何时发现可能存在暗物质?直到上世纪30年代，还没有人得出这一发现。1933年，加州理工学院的瑞士天文学家弗里兹扎维奇提出了一项非常引人注目的暗物质存在理论。但几十年来，很少有科学家相信暗物质存在的可能性。 　　扎维奇提出的谜题必须通过研究星系质量加以解答。星系质量计算通常采用两种方式，一种是测量星系的旋转速度，星系旋转速度越快，所拥有的质量越大 另一种是根据星系的亮度进行估计，也就是估计星系的恒星数量。在对后发座星系团进行研究时，扎维奇发现了奇怪的现象。他利用维里定理计算后发座星系团的真实质量，所得出的质量却是视觉观测下的大约400倍。这种现象被称之为“质量失踪问题”。 　　什么物质导致如此巨大的差异?答案可能就是暗物质。直到上世纪70年代，扎维奇的理论才得到证实。当时，年轻的美国天文学家维拉鲁宾利用其对螺旋星系旋转速度的观测数据得出同样的结论。我们能够观察到的星系区域——明亮区——所拥有的质量似乎只占星系总质量很少的一部分，余下的质量一定存在于我们无法观察到的暗区。 分析暗物质探测器获取的数据 谢菲尔德大学的马克派普为DRIFT-II探测器实施“手术”。这个探测器是世界上最灵敏的暗物质望远镜 液态氮用于冷却ZEPLIN-III探测器中的“靶子” 　　费用政府买单 　　此次科学竞赛旨在率先发现暗物质的存在。35年来，没有一个人成功做到这一点，这项任务难度之大我们可想而知。伊夫特表示：“全世界大约有300位科学家一直在搜寻暗物质，这是一项非常艰巨的任务。参与这项工作的人就像着了魔一样研制探测设备，探测自己认为中的暗物质。但这种探测具有极大的不确定性，可能一无所获。” 　　在难于进入的地下深处进行暗物质研究是一个最基本的要求，这种要求也提高了搜寻暗物质的难度。阿劳霍指出，科学家在矿井内进行研究并不会遭遇危险或者患上幽闭恐惧症，真正让他们感受头疼的是地下研究并不十分便利。他说：“第一周，所有人都喜欢这里，恐惧心理很快烟消云散。但便利性仍旧是一大挑战。” 　　首先，进入矿井并非易事。科学家要沿着一条沿岸环路驶往怀特比北部地区，有时还会遭遇降雪，而后花一两个小时佩戴各种装备，下降到矿井，随后还要换装，最后进入实验室。这里的工作环境十分恶劣。空气中的盐可能让电气设备陷入混乱，任何体积超过70立方英尺(约合2立方米)的设备都无法借助起重机运进矿井。由于搜寻暗物质项目本身的特殊性，所进行的实验在几个月甚至最后结束时可能不会得出任何令人兴奋的发现。 　　虽然一些工作可以借助计算机远程完成，但设备的维护和修理工作还是要亲历亲为，这是不可避免的。除了校准机械装置和检查是否出现生锈、破损和裂缝外，工作人员还要定期使用300升液态氮保持ZEPLIN-III内的氙气处于液态。氙气从俄罗斯进口，每公斤1万英镑(约合1.6万美元)。实验室每年的运营成本为30万英镑(约合48万美元)，主要是工作人员的工资、电费和设备维护费用，由英国政府买单。 　　灵敏度就是一切 　　对于暗物质到底是什么，科学家意见不一。一些科学家认为，暗物质可能是由晕族大质量致密天体构成，这种物质可能来自于黑洞。上世纪70年代，意大利科学家指出暗物质可能由axions粒子构成，axions以一种洗衣粉的名字命名。也有人认为，存在暗物质不过是一种幻想，星系出现“质量失踪问题”的真正原因只能说明牛顿物理学定律存在缺陷。 　　当前有关暗物质的最流行理论是，这种物质由大质量弱相互作用粒子(WIMPs)构成。之所以取这个名字是因为暗物质据信会与正常物质发生反应，但这种情况非常罕见。世界各地的大量实验都围绕这一理论展开，波尔比矿井内进行的实验便是其中最为先进的一个。阿劳霍表示：“这是一项竞争激烈的竞赛，我们是有望获取胜利的主要选手之一。” 　　如果按照国际标准，这座地下实验室是使用零星资金建造的，虽然事实如此，但阿劳霍和他的国际粒子物理学家小组——来自伦敦、迪高特、爱丁堡、葡萄牙和莫斯科的研究实验室——却操作着世界上最为灵敏的探测设备。在这场寻找暗物质的竞赛中，灵敏度就是一切。 　　阿劳霍解释说：“在6个月的实验中，我们预计自己的实验只能探测到少量暗物质事件。但在相同的时间内，我们却可以探测到数百万次背景辐射事件，来自于探测设备和实验室墙壁的痕量放射能，来自于能够穿透到这一地下深度的少量宇宙射线。毫无疑问，探测设备的灵敏度越高，所能消除的背景噪音越多，也就越有可能发现暗物质。” 　　这也就是为什么ZEPLIN-III探测器被包裹上保护性材料。外层的聚丙烯塑料在设计上用于帮助消除中子，周围厚厚的铅壳则用于消除伽马射线。探测器内部的“靶子”由12公斤纯液态氙构成，一旦核心受到粒子轰击便会发生反应。无论什么时候，只要发生反应便会产生闪光(由光子传感器记录)和电荷，后者在悬于液态氙“靶子”上方薄薄的氙气层中测量。通过测量光脉冲与电荷尺寸的比率，波尔比的研究小组能够确定所探测到的“事件”是否是一次罕见而令人极度兴奋的WIMP交互作用，或者只是一次令人沮丧的伽马射线穿过。　　 这座科学实验室的主厅 参与这一项目的科学家中没有一个人确切知道暗物质是否真实存在 　　不管谁获得胜利，都将名垂青史并斩获诺贝尔奖 　　截至春初，波尔比研究小组将确定他们能否得出令人信服的发现，即在世界上第一次探测到暗物质的存在。“令人信服”非常重要，因为他们必须说服自己，同时还要说服这一研究领域心存怀疑的其他竞争对手。这些竞争对手中有的位于加拿大，有的位于南达科他州，有的则位于意大利大萨索山地下，其中包括他们的主要竞争对手——XENON 100暗物质搜寻实验。XENON项目组最近的一次实验在2010年9月进行，未能发现令人信服的暗物质存在证据，这让波尔比项目组长长地舒了一口气。 　　出生于波兰的ZEPLIN-III项目负责人帕维尔马耶夫斯基博士指出：“实际上，我们没必要期盼竞争对手遭遇失败，因为发现暗物质的最终受益对象是整个科学界，而不单单是个人。此外，他们使用的是与我们类似的探测设备，如果他们能够取得成功，说明我们也有成功机会。这是一个竞争激烈的研究领域，不管谁获得胜利，都将名垂青史并斩获诺贝尔奖。如果失败降临到其他团队而不是自己团队身上，你同样会感到非常失望。” 　　如果失败，我们需要制造一台更大的探测器 　　现在，波尔比矿井内的科学家正朝着实现这一梦想的道路前进。ZEPLIN-III探测器的灵敏度是ZEPLIN-II的10倍，ZEPLIN-II的灵敏度大约也是Mark I的10倍。借助于这种高灵敏探测设备，科学家距离发现暗物质自然更近一步。在打开探测器并在3月进行最终测量时，实验结果将浮出水面。如果ZEPLIN-III能够记录10次事件并证明这些事件并非背景辐射的结果，研究小组便取得胜利。波尔比实验室资深科学家和设施负责人肖恩帕林表示：“这里的每一个人都认为，我们已经处在上演重大发现的边缘。虽然没有一个人观测到非背景辐射事件，但我们可能已经进入上演这种发现的时刻。” 　　在波尔比的实验中，没有人愿意猜测成功发现暗物质的几率。由于遭受失败的可能性极高，实验室的空气中弥漫着紧张的气氛。DRIFT-II主要由美国大学资助，研究小组希望这个探测器至少可以安全使用3年。ZEPLIN-III的资金将于3月陷入枯竭，政府部门和赞助者——科学与技术设施理事会需要为之提供更多资金。 　　ZEPLIN-III项目组操作着世界上最灵敏的探测器，在进行旨在寻找暗物质的实验中，他们自然处于有利位置，成功发现暗物质的几率高于其他研究团队。面对这种极富挑战的实验，我们不得不问如果失败了怎么办?伊夫特对此表示：“如果失败，我们需要制造一台更大的探测器，继续进行这种实验。”

最新实验证实暗物质比人们认为的更难被发现 　　北京时间5月10日消息，据物理学家组织网报道，美国哥伦比亚大学进行的一项暗物质试验得出的早期数据，排除了其他科学家最近给出的一些暗示，这些人表示，他们已经发现把宇宙束缚在一起的这种令人难以捉摸的粒子。然而最新发现显示，暗物质(宇宙中83%的物质都是暗物质)比很多人以前认为的更难被发现。 　　XENON100实验的发言人和哥伦比亚大学物理学教授艾琳娜阿皮利尔说：“我们的仪器仍无法找到暗物质粒子，然而我们在寻找过程中变得更加聪明，我们相信不久后就能揭开这种粒子的神秘面纱。”阿皮利尔和她的合作者(全球9个科研所里的30多位物理学家)在5月1日举行的一项暗物质专题讨论会上介绍了他们的最新发现，并把一份论文提交给了《物理评论快报》(Physical Review Letters)。这些科学家进行该试验的目的，是为了找寻至今仍是个谜的暗物质，他们打算在今年夏天公布更多试验数据。 　　该科研组没打算在这么短的时间里发现暗物质。不过他们的研究结果显示，探测器比其他仪器能更好地筛选出背景辐射，人们经常把这种物质误认为是暗物质。最近几年，寻找暗物质已经变成一项激烈竞争，越来越多的研究人员涉足这个领域。1997年，意大利罗马大学的暗物质搜寻实验 (DAMA/LIBRA)科研组，成为第一个声称已经发现暗物质的研究组。今年2月，芝加哥大学进行的CoGeNT研究宣布，他们也发现了暗物质存在的迹象。XENON100试验获得的最新结果，使人们开始对科学家之前获得的两项发现产生怀疑。如果早期发现的迹象确实是暗物质，那么XENON100试验应该已经多次发现这种粒子，除非暗物质的性质与人们以前认为的有很大不同。 　　20世纪30年代，科学家首次提出暗物质理论，用来解释为什么星系在不断旋转的过程中不会四分五裂。跟旋转木马一样，星系在旋转时产生离心力。引力是保持恒星和星系聚集在一起的“粘合剂”，但是宇宙里我们可以看到的物质，并不能产生那么大的引力，使星系不致分裂开来。这也是科学家认为宇宙中一定存在另一种看不到的物质的原因。参与XENON100实验的科学家认为，暗物质是由被称作大质量弱相互作用粒子(WIMPS)的新基本粒子构成的，这种粒子很难与正常粒子撞在一起。 　　阿皮利尔和她的同事们自2007年开始XENON100试验，这是国家科学家基金会资助的一个大型项目的一部分。他们的探测器建在哥伦比亚，由一个盛满超纯液氙的不锈钢容器构成，该容器被夹在两台高清相机之间。这个探测器位于意大利格朗萨索(Gran Sasso)国家地下实验室(LGNS)里一块5000英尺(1.52公里)深的岩石下，该实验室是一座沿那块岩石用铅和铜制成的小室，用来过滤被误认为是大质量弱相互作用粒子的宇宙射线和背景辐射。 　　如果一个暗物质粒子与一个氙原子相撞在一起，它传输的少量能量将会产生一束紫外光，这种细微变化会被两台高清相机发现。这些能量会以少量电荷的形式展示自己，这些电荷的强度比其他已知粒子产生的电荷还弱。如果XENON100探测器注意到这些光和电荷信号，并能确定它们不是由其他来源产生的，那么这将说明阿皮利尔的科研组已经发现了暗物质。哥伦比亚大学的研究人员之所以选用液氙，是因为它是元素周期表中最重的一种元素，密度是水的3倍，每升夜氙里含有大量原子，这增加了大质量弱相互作用粒子与它相撞在一起的机会。阿皮利尔一生进行的大部分研究工作都采用这种液体。她说：“夜氙是用来捕捉和研究大质量弱相互作用粒子的一种珍贵的好材料。”

2015年12月18日8时12分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空，卫星顺利进入预定转移轨道。不久后，这位暗物质猎手将张开“火眼金睛”，寻找暗物质粒子存在的证据。　　暗物质和暗能量，被科学家称为“笼罩在21世纪物理学上空的两片乌云”。目前，我国和多个国家已着手筹建或实施多个暗物质探测实验项目，其研究成果将可能带来基础科学领域的重大突破。根据“悟空”的师父、暗物质卫星首席科学家常进的说法，“悟空”是目前世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。　　“悟空”由中科院微小卫星创新研究院负责总研制，中科院紫金山天文台等科研单位共同参加有效载荷、科学应用等工程项目研制工作。　　“悟空”看上去并不大，仅有一立方米大，相当于一张办公桌的大小。体积虽小，装下的东西却堪比一个地上的大科学装置。卫星副总设计师安琪告诉记者，整个卫星的探测器有4.2万路电子学读出电路，168路高压电源，接近8万路探测器通道数，其复杂程度，超过我国地面最复杂的加速器实验装置(北京谱仪)。他说，要将所有探测器及其电子学安装在1个立方米的空间内，技术难度超过了我国目前所有的上天高能探测设备。　　至于“悟空”的“眼睛”，即卫星的有效载荷——高能粒子探测器“望远镜”，则重1.4吨，整星重1.9吨，载荷平台比达到2.8。根据载荷特点，卫星借鉴哈勃望远镜的设计理念，采用以载荷为中心的设计方案，探测器位于整星中心，电子学机箱及平台各单机均布于探测器周围的隔板上。　　从外表看上去，“悟空”从顶部到底部主要由塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器和中子探测器构成，4种探测器一层层组装，像一个倒立的四层蛋糕。卫星系统总设计师李华旺告诉记者，这4个探测器各司其职，又联合执行任务，可高精度地测量入射粒子的种类、方向、能量和电荷。　　根据设想，“悟空”进入太空后，将在500公里太阳同步轨道上采取两种观测模式：前两年采用巡天观测模式，由于暗物质可能存在于全天区的任何区域，所以第一阶段对全天区进行扫描。两年后，“悟空”转入定向观测模式，根据全天区探测结果分析出暗物质最可能出现的区域，并针对这些区域开展定向观测。　　这3年里，“悟空”每天都将观测500万个高能粒子，传回16G数据量，地面也将有100余人的科学家团队来分析研究数据。首批科学成果可能在6个月至1年后发布。常进说，一旦勾勒出的“伽马射线能谱”反映出与以往类似的谱线极段等特征，就意味着获得暗物质粒子存在的强有力证据。　　当然，他也表示，没有人能百分之百保证找到暗物质，“但只要卫星工作正常，就为我们打开了一扇观测宇宙的新窗口，必然会发现很多新奇的现象。”

科学家希望检测到暗物质粒子撞击普通物质。 　　凤凰科技讯 北京时间2月16日消息，英国广播公司报道，近日科学家在高山底下深处的人造洞穴里进行研究，希望能够找到宇宙中最神秘的物质之一：暗物质。深埋在意大利格兰萨索山脉顶峰的格兰萨索国家实验室看起来更像007电影里反派的巢穴：入口隐蔽在一个巨大的钢门之后，钢门位于切断山脉的一个隧道中央。建立这样隐秘的通道不是没有原因的。上方1400米厚的岩石意味着它能很好的躲避持续到达地球表面的宇宙射线。它为科学家们提供了一个安静的场所，用于思考物理学里已知最奇怪的现象。 　　内部三个广阔的大厅里正在进行大量实验——但最新开始的阴暗面50(DarkSide50)项目旨在研究暗物质。 　　我们所看到的宇宙物质其实只组成了整个宇宙的4%，科学家认为剩下的96%来自两种神秘的形式。他们预测宇宙73%的部分是由暗能量组成——一种无处不在的能量场，它作为某种反引力能够阻止宇宙自我收缩。 　　剩余的23%则来自暗物质。现在面临的挑战便是，没有任何人亲眼看到过暗物质的存在。伦敦大学学院粒子物理学家ChamkaurGhag博士解释道：“我们认为它极可能是一种粒子形式。” 　　“我们发现了光子、中子和电子以及所有能够建造物质的基本粒子。我们认为暗物质也是一种粒子，只不过以非常奇特的形式存在，因此我们可能还没有感知到它。这主要是因为它不会感受到电磁力——光不会反射它，因此我们和它的接触并不多。” 　　物理学家也将暗物质粒子称为大质量弱相互作用粒子(WIMPs)。他们认为每秒大约有几百万颗暗物质粒子经过我们身边，而我们浑然不知。但很可能偶尔的机会它们会与正常的物质碰撞，这就是我们希望借助阴暗面50探测的现象。　　 实验位于地下的一个人造洞穴里。 　　在房子大小的水槽里，一个巨大的金属球里盛装了一个名为闪烁基数器的粒子探测器。这个容器里装满了50千克的液氩以及氩元素气体形式组成的厚厚一层。“如果暗物质粒子出现并撞击氩，那么反冲原子将获得能量，并迅速的试图摆脱这种能量。”Ghag博士说道。“氩元素摆脱能量的方式便是释放出光，它会投射光子。” 　　“但它也同时会放电：相互作用过程中会释放某些电子。这些电子将会漂移至气体层，当它们撞击气体，就会发出闪光。” 　　直到现在搜寻暗物质的行动一直一无所获。有的实验声称在年度调制时目击到暗物质发出的信号。这是基于暗物质粒子的数量会随着季节变化而发生改变的观点。随着地球环绕太阳运动，它将进入一个暗物质的固定场——其中半年它将随着暗物质的潮汐力而移动——就像行驶在雨中一样。但另一半时间里它将与这种潮汐力背道而驰，因此撞击到的暗物质也更少。然而，其它研究人员却对这种用于检测暗物质的季节性变量表示质疑。 　　其它实验进行了相当长的时间，但仍没有什么特别的收获。其中一个名为XENON100的实验也在格兰萨索实验室进行，它已经持续了1年之久，却只发现了两次“事件”——这还无法排除可能存在某些残余背景辐射。但是利用DarkSide50项目，我们可能能够找到一些答案。 　　除了这个实验，另一个巨大探测器、位于美国南达科塔金矿的LUX也将很快投入使用。在未来几年，科学家计划利用更强大的探测器，例如XENON1T和LUX-Zeplin，希望能够找到这些粒子存在的第一批实验证据。 　　DarkSide50项目小组的奥尔多伊阿尼(Aldo Ianni)说道:“暗物质是目前主要的科研目标。它将帮助我们理解宇宙中的一个我们尚未了解的重大部分。我们知道存在暗物质，只是不确定它究竟是由什么组成的。” 　　徒劳的搜寻? 　　格兰萨索国家实验室的总监斯特凡诺莱格兹(Stefano Ragazzi)教授希望在他的实验设备里能够首次观测到暗物质。“这是不同实验之间的竞争——你想要成为第一个发现的人，而非第二个或者第三个。大家都预感暗物质的发现指日可待，因此每人都迫切希望自己能够成为第一个发现者。” 　　但莱格兹教授也承认，他们可能一无所获——暗物质可能并不是以WIMPs的形式存在。“到头来我们可能发现最初提出的假设其实是错误的…(暗物质)可能是完全不同的东西。但没有找到暗物质可能收获会更大。” 　　未来几周DarkSide50项目将全面启动，周围的水箱将充满纯净水，科学家只需要耐心的观察和等待。Ghag博士表示，虽然存在不确定性，但找到暗物质的潜在回报将难以估量。“这将成为革命性的发现——它会改变我们对宇宙以及它的形成和进化方式的理解。”

阿尔法磁谱仪(又译反物质太空磁谱仪，简称AMS)于2011年被放置到国际空间站(ISS) 　　穿越辐射探测器(Transition Radiation Detector)能检测高能粒子的速度 硅追踪器(Silicon Trackers)用于追踪粒子的运动轨迹，轨迹的弯曲程度显示了粒子的电荷 永磁铁(Permanent Magnet)是阿尔法磁谱仪的核心部件，能令粒子轨迹弯曲 飞行时间计算器(Time-of-flight Counters)能计算低能粒子的速度 星体追踪器(Star Trackers)能扫描星域，以确定阿尔法磁谱仪在太空中的朝向 切伦科夫探测器(Cerenkov Detector)可精确计算快速通过的粒子速度 电磁量能器(Electromagnetic Calorimeter)用于计算影响粒子运行所需的能量 反符合计数器(Anti-coincidence Counter)可将干扰粒子过滤出去。 　　在宇宙的遥远天体之间，引力的作用并不能解释天文学家看到的一切，如果只有这些天体的引力，那各个星系应该处于分崩离析的状态，因此在各个星系之间，还存在把它们联接在一起的物质。天体物理学家将这种理论中的物质称为“暗物质”，我们看不见它们，但它们确实在星系间起着作用。在最大的距离尺度上，宇宙正在加速扩张。因此我们更需要关注与引力作用截然不同的暗物质。目前的理论估计，宇宙的73%为暗能量，23%为暗物质，而只有4%是我们已知的物质。 　　北京时间2月20日消息，据国外媒体报道，作为人类在太空中进行的最为昂贵的实验，阿尔法磁谱仪(简称AMS)项目即将向地球发送回首批观测数据。这个大型的实验装置被放置在国际空间站上，用于探测宇宙射线及高能粒子。 　　诺贝尔物理学奖获得者丁肇中称，将于未来几周内发表涉及暗物质的研究论文。阿尔法磁谱仪项目最初便是由丁肇中提议开始。在宇宙中，正是那些我们看不见的暗物质将各个星系联接在一起。研究者并不了解这些谜一般的宇宙物质如何构成，但有理论提出，大质量弱相互作用粒子(简称WIMP)是暗物质最有希望的候选者，这是一种尚处于理论阶段的粒子。 　　虽然天文望远镜无法探测到大质量弱相互作用粒子，但阿尔法磁谱仪很有希望通过间接的方法来确认其存在，并描述它的性质。即将刊出的研究论文(发表期刊还未确定)将对这项研究的进展作详细阐述。 　　丁肇中在麻省理工学院任物理学教授，他在20世纪90年代中期提出的这个项目如今到了一个重要的里程碑时刻。“我们等待了18个月来写这篇论文，如今到了最后审视的阶段，”丁教授在波士顿的一次美国科学促进会(AAAS)的年会上发言道，“我预计在未来两到三周内，我们就能发布研究成果。我们一共有六个分析小组对相同的数据结果进行分析。如你所知，每个物理学家都有他们自己的见解，我们现在要保证每个人都能同意彼此的观点。这项工作现在已经完成得差不多了。” 　　20亿美元的仪器：“探索未知” 　　2011年，造价20亿美元的阿尔法磁谱仪搭载奋进号航天飞机前往国际空间站，这也是奋进号的最后一次任务。阿尔法磁谱仪重达7吨，拥有一个巨大的特制超导磁铁，能使落在它上面的粒子轨迹发生弯曲。 　　粒子的弯曲轨迹显示了它的电荷，再通过一系列的探测器对粒子的质量、速度和能量等进行分析，科学家便能准确知道捕获的是什么粒子。据丁肇中教授称，在阿尔法磁谱仪运行的最初18个月中，已经探测了250亿次粒子事件。 　　暗物质和暗能量之谜 　　在这些粒子事件中，有近80亿次是快速运动的电子及与其对应的反物质——正电子。理论上，大质量弱相互作用粒子的碰撞和湮灭会产生大量电子和正电子。通过测定二者的比例，以及在能量谱上的行为变化，科学家或许能找到研究暗物质问题的途径。 　　“在对正电子和电子的观测中，如果发现二者比例突然上升然后急剧下降，那就是星系中暗物质湮灭的关键标志，”芝加哥大学卡弗里宇宙学研究所的迈克尔特纳(Michael Turner)教授说，“在能量体系中也要考虑，是否具有各向异性?正电子是从固定的某个方向还是从所有方向出现?” 　　特纳教授并未参与阿尔法磁谱仪的合作项目。他继续说道：“暗物质应该无所不在。因此如果我们发现正电子从某个特定的方向发出，就意味着该信号是来自像脉冲星(一种中子星)一类的天体，而不是暗物质。”据悉，此次阿尔法磁谱仪的数据涉及的是0.5至350GeV(10亿电子伏特)质量范围内的正电子—电子比例。这一范围已经是其他实验中，科学家认为可能发现暗物质的上限。 　　特纳教授说，科学家已经逐渐接近了目标。他预测未来数年将会被铭记为“大质量弱相互作用粒子(WIMP)的十年”，而且通过一系列的研究，包括利用大型强子对撞机制造WIMP等，暗物质的性质将逐渐呈现在我们面前。 　　“理论上，这种粒子的质量大约在质子质量的30、40和300倍之间，即在30至大约1000GeV之间，”特纳教授说，“大型强子对撞机能够制造这样质量的粒子，丁肇中的阿尔法磁谱仪能探测到这样质量的粒子湮灭，而位于深地底的探测器对这样质量的粒子也非常敏感。如果非常幸运的话，我们能同时获得有关暗物质的三个特征信号，分别是通过观测粒子湮灭、直接探测粒子以及用大型强子对撞机制造粒子，这三种方法在同样的质量范围内都很灵敏。”

北京时间10月28日消息，据国外媒体报道，宇宙学家表示，他们已经在银河核心深处发现与暗物质粒子有关的最令人信服的证据。该地的这种神秘物质相撞在一起产生伽马射线的次数，比天空中的其他临近区域更频繁。 　　最近几年，科学杂志上不断出现类似研究，不过要证实信息来源一直非常困难。然而费米实验室和芝加哥大学的宇宙学家、最新研究的第一论文作者丹霍普表示，10月13日出现在arXiv.org网站上的这项最新研究与此不同。他说：“除了暗物质以外，我们考虑每一个天文学来源，然而我们了解的知识无法解释这些观测资料。也没有与之密切相关的解释。”这一断言还没得到其他科学家的严格审查，不过看过这篇论文的人表示，他们还需要对该成果进行更多讨论。 　　费米实验室的天体物理学家克雷格霍甘并没参与这项研究，他说：“这是我所知道的第一项通过一个简单粒子模型，把少量与暗物质的证据有关的线索拼接在一起的研究。虽然它还没有充足证据，但它令人兴奋，值得我们去追根究底。”暗物质从137亿年前开始在庞大的能量膨胀——宇宙大爆炸过程中形成。能量冷却后形成普通物质、暗物质和暗能量，目前它们在宇宙中的比例分别是4%、23%和73%。 　　跟普通物质一样，暗物质具有引力，几十亿颗恒星正是在它们的帮助下聚集到星系里。但是这种物质很难与普通物质发生互动，人们看不到它。微中子是唯一一种曾在实验室里发现的暗物质粒子，但是它们几乎是零质量，而且在暗物质的宇宙能量部分里仅占很小比例。天体物理学家认为，剩下的很大一部分是由弱相互作用大质量粒子(WIMP)构成，这种粒子的能量大约比质子多10到1000倍。如果两个暗物质粒子撞在一起，它们就会彼此摧毁对方，产生伽马射线。 　　霍普和他的科研组通过对费米伽马射线太空望远镜在两年多时间里传回地球的数据进行分析，发现这种高能死亡信号。费米太空望远镜是美国宇航局的伽马射线望远镜，主要用来扫描银河的高能活跃区。他们发现，发出信号的相撞在一起的暗物质粒子，比质子大约重8到9倍。霍普说：“它比我们大部分人猜测的结果可能更轻一些。迄今为止我们很擅长这方面。不过人们猜测的暗物质粒子的重量范围不会一成不变。” 　　该科研组在银河核心处一个直径100光年的区域收集到的数据里发现这些信号。霍普解释说，他们之所以会关注这个区域，是因为它是暗物质最喜欢的聚集地，银河这个区域的暗物质密度，是银河边缘的10万倍。简而言之，银河核心就是一个暗物质大量聚集在一起，经常相撞的地方。 　　然而，其他科学家希望看到卡尔萨根的名言“不同凡响的发现需要不同凡响的证据”能变成现实。也就是说，他们希望看到从自然界和实验室两方面获得的证据。芝加哥大学的宇宙学家迈克尔特纳没参与这项研究，他说：“没人提供像萨根提到的那种证据。接受这一观点最困难的部分是，你必须拒绝接受天体物理学解释。大自然非常非常聪明，这可能是我们至今从没思考过的事情。” 　　特纳表示，好消息是几项有希望的暗物质探测试验目前正在进行。相干锗中微子技术(CoGeNT)等深埋地下的探测器可助霍普一臂之力。该探测器近几年可能已经发现弱相互作用大质量粒子的迹象。特纳说：“这十年是暗物质的十年。这个问题即将解决。现在所有这些探测器都在观测正确方位。”霍普同意两人的观点，不过他表示，与他交谈过的天体物理学家，没人能解释清楚这一现象。他认为，在他的发现得到支持或痛批前，也许只要数周时间就能在实验室里验证暗物质是否存在。他说：“我从没像现在一样为自己是一名宇宙学家而感到激动不已。”

1月19日，封面新闻记者从四川省科技厅获悉，锦屏深地前沿科学及暗物质四川省重点实验室日前正式获批建设。锦屏深地前沿科学及暗物质四川省重点实验室依托雅砻江流域水电开发有限公司、北京师范大学、上海交通大学、中国原子能科学研究院、四川大学建设，研究方向为稀有物理事例和极低辐射本底测量，深部岩体力学，深地医学。该实验室是世界埋深最深、规模最大、宇宙辐射通量最低的深地实验室，在深地前沿科学领域建立了国际先进的实验平台，取得一系列国际领先成果，包括成功研制了PandaX-4T液氙探测器，其灵敏度达到了国际最前沿水平，并在暗物质探测方面多次取得国际领先成果；研制了世界最强流、测量灵敏度最高的深地极低本底核反应实验平台并在深地成功出束等。未来，实验室可为稀有物理事例和极低辐射本底测量、深部岩体力学、深地医学等研究的发展提供重要平台，将持续推动我国取得国际领先的研究成果，将助力我国粒子物理、核天体物理、深部岩体力学、深地医学等学科实现从学科高原到学科高峰的跨越。

宇宙中第一代星系是如何形成的？暗物质的性质是什么？这两大谜团能否同时通过天文观测进行研究揭秘？最近，我国天文学家提出，通过测量21厘米森林的一维功率谱，未来的平方公里阵列射电望远镜（SKA）将能够同时揭秘宇宙第一代星系和暗物质的性质。相关研究发表在国际学术期刊《自然天文》上。探测21厘米森林一直面临极大挑战宇宙中存在大量的中性氢气体。这些气体中的氢原子在基态能级超精细结构之间的跃迁，会产生电磁波波长为21厘米的线辐射，也就是中性氢21厘米线。中性氢21厘米线为天文学家探索宇宙提供了巨大的机遇。“中性氢21厘米线为探测宇宙黎明与第一代星系提供了独一无二的手段。同时，利用中性氢21厘米谱线探测宇宙黎明与再电离也是平方公里阵列射电望远镜最重要的科学目标之一。”论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台研究员陈学雷说。同时，宇宙早期各种结构及其周围的氢原子气体会在高红移射电点源的光谱上产生密集的21厘米吸收线。“这些吸收线丛，被天文学家形象地称为21厘米森林。”陈学雷说，多年来，探测21厘米森林一直面临极大挑战。“主要原因有两方面：一是21厘米森林信号微弱，并且探测它所依赖的宇宙黎明时期的射电亮源难以获取；二是21厘米森林信号同时受到第一代星系加热效应和暗物质性质的影响，因此在观测上我们很难区分这两种效应。这就使得21厘米森林探测难以实际用于限制第一代星系的加热效应或暗物质的性质。”论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台副研究员徐怡冬解释。近年来，已经有一批高红移射电噪的类星体被发现，而且平方公里阵列射电望远镜也进入了工程建设阶段，开展21厘米森林探测已迫在眉睫。在这项研究中，我国天文学家提出了一种原创性的统计测量方案，使得21厘米森林不仅能够限制宇宙第一代星系的性质，还可以同时测量暗物质粒子的质量。新方法有望拓展人类对宇宙的认知“我们意识到由第一代星系的加热效应和温暗物质引起的信号变化，在光谱上的尺度分布特征存在明显不同。通过一维功率谱分析，我们未来可以从统计上区分这二者。”徐怡冬介绍。“21厘米森林的一维功率谱确实可以成为一箭双雕的宇宙学探针，它为揭开暗物质和第一代星系之谜提供了一种极有前景的新途径。”论文共同通讯作者、东北大学教授张鑫强调。针对此研究，加拿大圆周理论物理研究所教授凯瑟琳麦克评论道：“这项研究提出了一种有趣的方法，能够利用21厘米森林功率谱同时限制宇宙X射线对星系际介质的加热，以及温暗物质的可能效应这两种现象。虽然以前的研究已经检查了21厘米森林作为星系际介质探针的可能性，但将温暗物质效应作为一个独立信号包含进来，则为未来的观测提供了一个新的科学目标。”《自然天文》的编辑团队也针对这项研究发表了评论：“我们宇宙的最远处总是极为神秘，由于被尘埃、吸收光的原子和中间介质中的气体阻挡而很难直接观测。这项研究将吸收转化为一种优势，利用它打破了其他方法所遭遇的不同效应的简并，并可用于阐明早期宇宙的结构形成。”研究人员表示，这一突破性方法的发展对于解开暗物质和宇宙早期天体形成的奥秘具有重要意义，并将进一步推动我们对暗物质的理解，揭示宇宙结构形成及演化的过程。通过更深入的观测和分析，我们有望在不久的将来获得关于暗物质性质和早期星系形成的更多见解，进一步拓展我们对宇宙的认知。

当我们抬头仰望星空，能看到繁星的点点光芒布满天穹。但在这些我们能看到的微光之外，宇宙实则是被更多的“黑暗”所填充。科学家认为，宇宙总质能的95%是由人类看不见、摸不着的暗物质和暗能量组成。它们组成的宇宙“黑暗家族”不发出任何信号、极难被探测，但却充斥在宇宙空间，成为人们最想要破解的谜团之一。当地时间7月1日，欧几里得太空望远镜在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空。该望远镜将观测100亿光年范围内的数十亿个星系，创建迄今最大、最精确的宇宙“3D地图”，试图揭开困扰人类许久的暗物质和暗能量之谜。暗物质和暗能量的发现史要理解暗物质和暗能量，首先要解释清楚一个“悖论”，即暗物质、暗能量既然极难被察觉，人类最初又是如何确定它们存在的？20世纪30年代，瑞典天文学家在研究中发现，后发座星系团中星系的速度弥散度非常大，这意味着这个星系团中不同星系的运行速度有着很大的差别。对于星系团中那些运行速度极快的星系来说，仅靠星系团中发光物质的质量，不足以束缚住其如此巨大的运行速度。研究者根据位力定理计算出的星系团总质量要远大于根据发光度计算出的星系团质量。因此，天文学家大胆推测，在星系团中还存在着大量不发光、但却有质量的物质，并将其称为暗物质。如果打一个通俗的比喻，暗物质或许就像一个黑暗房间中的大象，它庞大的身躯填满了整座房间。但由于其本身并不发出任何光亮和信号，人们无从得知它的存在，而只能看见它头顶电灯发出的一点微光，并误以为那是宇宙“房间”内全部的存在。“暗物质是一种在天文观测中被发现的物质，它具有引力作用但不发光。对暗物质的粒子物理性质研究是当前粒子物理和宇宙学最重要的研究课题之一。”北京大学物理学院研究员刘佳介绍。暗物质虽然不可见，但能够被称之为“物质”，是因为其具备物质的基本特征，例如暗物质有质量、有引力，并且也有可能与其他粒子发生接触、碰撞。相较于暗物质，暗能量则更加令人捉摸不透。天文学家在20世纪末才真正认可暗能量的存在。暗能量概念的提出与宇宙加速膨胀理论密不可分。在过去很长一段时间内，天文学家普遍相信，由于天体间引力的存在，宇宙的膨胀速度在逐渐放缓。但在20世纪末，多个研究团队通过对不同距离、被称为宇宙标准烛光的Ⅰa型超新星进行观测后发现，地球与这些标准烛光的距离正在加速变远，即我们的宇宙在加速膨胀。明明引力能够拉近天体间彼此的距离，但为什么宇宙仍然在加速膨胀？天文学家据此认为，一定有尚未被发现的力量在对抗着引力，推动宇宙加速膨胀，暗能量的概念便由此而生。利用“引力透镜”探测暗物质虽然看不见，但暗物质、暗能量并非无迹可寻，它们各有证明自己存在的方式。中国科学技术大学物理学院天文学系教授蔡一夫告诉科技日报记者，引力透镜效应是证实暗物质存在的最常用的方法之一。其基本原理是，基于广义相对论，光线会因为大质量天体的引力而产生弯曲，类似于透镜对于光线的作用。而如果在地球和极其遥远的发光天体之间存在一些引力源，这些引力源的引力场便会像透镜一样，使经过其身边的光线发生变化。暗物质同样具有引力，因此其也会对光线产生引力透镜效应，从而有机会被我们探测到。“通过引力透镜效应来勾勒暗物质的分布是目前最主要的探测手段之一。”蔡一夫说道。相较于暗物质，暗能量的探测则更为困难。由于至今仍无法确定暗能量的来源及特质，科学家一直无法直接探测它。蔡一夫表示，目前探测暗能量的主要方式，仍是依靠对Ⅰa型超新星的标准烛光测距来实现。宇宙的膨胀会拉伸我们与标准烛光的距离，我们收到的标准烛光的光线会因此产生红移效应。通过对大量标准烛光红移数据的收集、分析，天文学家将有机会探究宇宙膨胀的历史，揭示暗能量的本质。虽然对于暗能量的研究至今仍无定论，但关于暗能量来源的讨论一直是天文学界的热门话题。有许多科学家认为，黑洞或许就是暗能量的来源。不久前，一个国际科研团队对星系中央黑洞开展观测，结果表明黑洞可能是暗能量的来源。在这项最新研究中，科学家比较了拥有中心黑洞的遥远星系和本地椭圆星系的观测结果，发现星系中央黑洞的质量比90亿年前增长了7—20倍，如此快速的质量增长无法用吸积和合并来解释，因此研究者大胆引入暗能量来解释这一现象。多管齐下寻找蛛丝马迹虽然困难重重，但人类在寻找暗物质、暗能量上一直没有放弃努力。在此次发射欧几里得太空望远镜前，人类已经作出诸多尝试。在暗物质探测方面，我国发射的“悟空”号暗物质粒子探测卫星是世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。其可以通过测量高能宇宙射线来发现暗物质的踪迹。通常认为，宇宙射线的源头一般是超新星爆发，但暗物质湮灭时也会产生宇宙射线。如果能够发现超新星爆发以外的宇宙射线来源，或许可以间接探测到暗物质。除了上天找答案，为了寻找暗物质，人们还深入地下数千米。暗物质不可见，但它会和其他物质发生碰撞。因此，当暗物质和普通物质的原子核发生碰撞后，普通物质的原子核会动起来，产生微弱信号，科学家能够通过检测这种信号来探测暗物质的存在。但这种方法需要苛刻的实验环境。由于信号实在太过微弱，为了把宇宙射线本底屏蔽掉，营造出极纯净的实验环境，其必须在地下深处进行，且深度越深，宇宙射线本底越低。我国便在四川锦屏山地下约2400米建设了地下实验室，其重要目标之一便是寻找暗物质。此外，刘佳也表示，通过可见物质寻找暗物质也是当今粒子物理的前沿热点问题。例如，暗光子便是理论学家构建的沟通可见物质世界和暗物质世界的媒介粒子之一。不久前，刘佳参与的研究团队发现，地球附近的超轻暗光子暗物质能够诱导射电望远镜反射板上电子的振荡，产生可观测的射电信号，另外偶极射电望远镜能够直接与这种暗物质产生射电信号。基于这种现象，研究团队提出了一种利用射电望远镜直接探测地球附近暗光子暗物质的新方法。而在暗能量探测领域，不久前中国科学院国家天文台参与的暗能量光谱巡天国际合作项目（DESI）向全球发布了首批科学数据，包括了120万个河外星系、类星体及50万颗银河系恒星的光谱。该项目计划在5年内获取超4000万个星系的光谱数据，旨在构造出三维宇宙空间的物质分布，揭示暗能量的本质以及宇宙膨胀历史。相比于此前探测暗物质、暗能量的仪器，欧几里得太空望远镜的优势是大而精。其观测范围足够宽广，能够覆盖超过三分之一的天空，并可以对其中10亿个星系分门别类绘制宇宙图谱。“欧几里得太空望远镜的突破在于其所获得的高清超大面积巡天数据，可以提高引力透镜，特别是弱引力透镜测量精度，使其统计误差显著降低。”蔡一夫介绍。通过对数十亿星系的精确观测，欧几里得太空望远镜将创建包含星系形状、位置和运动状况等信息在内的，迄今最大、最精确的宇宙“3D地图”，帮助天文学家推断宇宙暗能量和暗物质的属性，进一步加深对宇宙本质的了解。

正当物理学家苦苦寻找宇宙暗物质之际，美国研究人员10日报告说，他们完成了对&ldquo 生命暗物质&rdquo 的基因组测序。 　　1996年，科学家首次发现了一种名为&ldquo 候选门TM6&rdquo 的细菌。这种细菌广泛存在于水环境中，却无法在实验室中培养，除了其标志性的16S基因外，科学界对它的生命活动特点几乎一无所知。正因此，&ldquo 候选门TM6&rdquo 细菌被称为&ldquo 生命暗物质&rdquo 。 　　美国克雷格?文特尔研究所的研究人员在新一期美国《国家科学院学报》报告说，他们采用能从单个细胞中捕获基因组的自动化技术，从一家医院休息室的水槽下水管生物膜上收集了TM6细菌，并使用DNA(脱氧核糖核酸)拼接方法成功重建了该细菌的基因组。 　　测序结果表明，这种细菌无法制造氨基酸，可能需要寄居在生物膜中或者单细胞微生物内部。不过，目前尚不清楚TM6细菌对人体是否有害。 　　研究人员表示，该研究成果或将有助于培养和研究类似微生物，从而进一步了解它们的生态特征和功能。

送去检测的纳米材料样品，从云南运到北京，因为存放条件和时间的改变，产生了聚集。”华东理工大学教授、上海市纳米科技首席科学家蓝闽波委员说，“没办法，当地没有检测设备，只能通过开放共享的仪器设备去做。可拿回来的检测数值又不敢用。”　　他想说的，是科研设施与仪器资源分布不均的问题。为此，蓝闽波已经呼吁了很多年。　　说起“打造科技资源开放共享平台”被写进了刚刚发布的政府工作报告，蓝闽波挺感慨：“进步多了，还有改进空间。”　　公器公用服务社会　　蓝闽波同记者回忆起我国建设科研设施与仪器开放共享平台的历程。“起先是一拥而上建平台，但共享机制没建好，分类标准、仪器名称都不统一，检索出满屏的仪器设备，却不知道哪个能用。”　　2014年，国务院发布《关于国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放的意见》后，科技部会同有关部门和地方建立统一开放的科研设施与仪器国家网络管理平台，之前各自为战的平台，大多都被收编。“统一的共享平台解决了之前标准不清的问题。”蓝闽波赞赏道。　　平台搭起来了，利用率、共享率是要继续狠抓的事。　　“开放共享是面向全社会的，要加大对企业的开放力度，特别是中小微企业。”清华大学化学工程系副主任邢新会委员说。　　上海市、浙江省等20个省份鼓励企业用创新券购买科研设施与仪器开放共享的服务，这些省份对外开放共享的科研仪器不断增长。“但需要加大宣传力度，还有很多企业不知道‘共享’这件事。”蓝闽波说。　　“向全社会开放，还得让服务水平和服务意识更到位。”蓝闽波表示，企业借专业仪器设备做检测，指标出来了看不懂，这需要共享平台做好后续服务。　　“国家实验室、国家重点实验室的平台也应对社会开放。”邢新会说，“公器公用，这观念得有。”　　打破数据孤岛，管理要到位　　同样需要“共享”的，还有科学数据的开放共享。　　“理论上赞成，口头上支持，实际推不动。”中国科学院院士、中科院遥感与数字地球研究所所长郭华东委员两手一摊。　　科学数据“烟囱林立”的局面，这与它的特殊性有关。　　“数据散落在科研人员手中，像‘暗物质’一样。很多人不愿将自己辛苦得来的基础数据拿出来共享。”中科院计算机网络信息中心科学数据中心主任黎建辉曾说。　　“科研数据所有权属于国家、院所还是个人?什么样的科学数据可以共享?现在没有统一的标准。”全国政协委员、中国电子学会秘书长徐晓兰说。黎建辉则认为，政策缺乏有效的激励，也让科研人员对数据共享的积极性不高。　　问题的关键在于管理。郭华东认为，数据立法已经到了该提上日程的时候。“水、林、矿产都是资源，都有法，数据也是资源，也应有法。”　　科学数据应在基于知识产权保护的前提下“有条件的开放”。邢新会建议，“开放共享平台要进行实名制注册，获取数据的痕迹要是可追踪的。”　　徐晓兰建议，充分发挥科技社团组织力量，通过市场化力量去推动。“行业协会、学会、社团的第三方立场，可以对数据交易、使用进行有效的价值判断，打通提供方、使用方、评价方、维护方全链条环节。”　　记者了解到，在科技部国家科技基础条件平台的支持下，国家地球系统科学数据共享平台、国家生态系统观测研究网络等平台整合了领域内多家单位的数据资源。下一步将继续打造一批资源量大、开放程度更高的国家级科学数据中心。

据美国加州大学欧文分校官网20日报道称，该校物理学家主导的“前向搜索实验”（FASER）首次探测到粒子对撞机产生的中微子，此前该团队曾观察到6个中微子之间的相互作用，此次新发现有望加深科学家对中微子的理解，还有助揭示行进较长距离与地球发生碰撞的宇宙中微子，为管窥遥远宇宙打开一扇窗。中微子无处不在，非常神奇，被称为宇宙的“隐形人”，是宇宙中数量最丰富的粒子。1956年，科学家首次探测到反应堆发出的中微子，确认了其存在。中微子在恒星燃烧过程中也发挥着关键作用。FASER联合发言人、欧洲核子研究中心（CERN）粒子物理学家杰米博伊德解释道，中微子对建立粒子物理学标准模型非常重要，但科学家们此前从未探测到对撞机产生的中微子。FASER位于CERN内，旨在探测CERN著名的大型强子对撞机（LHC）产生的粒子。研究人员指出，他们从一个全新的来源，也就是粒子对撞机那里发现了中微子。目前物理学家研究的大多数中微子都是低能中微子，但FASER探测到的中微子是迄今实验室制造出的最高能量的中微子，与深空粒子在地球大气层中引发剧烈粒子簇射时发现的中微子相似。博伊德称，新发现的高能中微子能向人们揭示宇宙深空的奥秘，这是用其他方法无法获得的，LHC中发现的这些高能中微子对于理解粒子天体物理学中真正令人兴奋的观测结果至关重要。除探测中微子外，FASER的另一个主要目标是识别出构成暗物质的粒子。物理学家认为，暗物质构成了宇宙中的大部分物质，但从未被直接观测到。FASER尚未发现暗物质的“蛛丝马迹”，不过，随着LHC将在几个月后开始新一轮粒子对撞，科学家们期待看到一些令人兴奋的信号。

4月25日下午，国家重点研发计划“大科学装置前沿研究”重点专项“阿尔法磁谱仪探测器升级和物理研究”项目启动会在中国科学院高能物理研究所召开。中科院前沿科学与教育局、中科院高能物理研究所、清华大学、北京大学、中国科学院大学、山东大学、浙江大学、山东高等技术研究院、西北工业大学等单位的领导、专家及项目参研人员代表40余人，通过现场与视频相结合的方式参加了启动会。会议由项目专家组组长陈和生院士主持，中科院前沿科学与教育局物理与化学处,高能所科研业务处、粒子天体物理中心和粒子天体物理重点实验室的相关负责人分别致辞。 　　中科院高能所是项目牵头单位，山东大学、浙江大学、山东高等技术研究院、西北工业大学为参与单位。项目负责人李祖豪研究员汇报了AMS探测器升级和物理分析项目的总体实施方案，课题负责人高能所董静高级工程师、唐志成副研究员和山东大学许伟伟教授分别汇报了课题的组织管理和课题任务实施计划。课题一阿尔法磁谱仪升级，通过承担显示度高的硅探测器模块研制并参与探测器的集成和测试，全面掌握空间大型硅探测器的研制技术，将为我国未来自主开展的HERD等空间实验提供技术积累。课题二和课题三侧重物理分析工作，涵盖了AMS实验的重要物理研究方向，包括暗物质和反物质寻找及宇宙线原子核能谱的精确测量。通过项目的实施，可以进一步提升项目组在AMS国际合作组的显示度，进而提升我国在相关领域的国际显示度。 　　与会专家对项目实施方案进行了讨论，认为研究内容和预期指标满足任务书的要求，实施方案目标明确，技术路线合理，计划可行；并针对硬件升级课题进一步加强与国内相关单位的合作提升国内对大规模空间硅探测器的研发能力，以及物理分析课题进一步加强与理论结合，组织召开国际国内相关物理议题研讨会等事宜进行了深入讨论。

红外光电探测器广泛应用于气体传感、气象遥感以及航天探测等领域。然而目前，传统的红外探测材料主要基于碲化铟、铟镓砷、碲镉汞等，需要分子束外延方法生长，以及倒装键和等复杂工艺与读出电路耦合。虽然探测性能高，但是却受限于成本与产量。胶体量子点（CQD）作为一种新兴的红外探测材料，可以由化学热注射法大规模合成，“墨水式”液相加工可以与硅读出电路直接耦合，大大加快红外焦平面阵列（FPA）的研发进度。目前北京理工大学郝群教授团队已实现320×256、1K×1K百万像素量子点红外焦平面。然而，目前红外胶体量子点暗电流噪声较大的问题限制了成像仪的分辨率和灵敏度。近日，北京理工大学研究团队提出了量子点带尾调控方法，通过量子点成核生长分离的再生长技术，成功得到了形貌可控（如图1）、分散性好、半峰宽窄、带尾态优的红外量子点。图1 不同前驱体合成量子点形貌示意图研究人员基于三种胶体量子点制备了单像素光电导探测器，大幅度降低器件的暗电流和噪声30倍以上，室温下2.5 μm延展短波波段比探测率达到4×10¹¹ Jones，响应时间为0.94 μs（如图2）。图2 光电导探测器结构示意图以及形状控制量子点与两组参考样品的器件性能对比在此基础上，研究人员将HgTe胶体量子点与互补金属氧化物半导体 （CMOS） 读出集成电路 （ROIC） 相集成，制备了640×512像素的焦平面阵列成像芯片，有效像元率高达99.997%。成像过程示意图和成像结果如图3所示。图3 成像过程示意图以及形状控制量子点640×512像素的焦平面成像结果图综上所述，这项研究开发了量子点带尾调控方法，通过单像素光电探测器及红外焦平面验证了该方法在暗电流和噪声抑制上的可靠性，在高性能胶体量子点红外光探测器发展中具有重要意义。相关研究工作于2023年11月发表于中科院1区光学顶刊ACS Photonics。该论文的共同第一作者为郝群教授、博士生薛晓梦和罗宇宁，通讯作者为陈梦璐准聘教授和唐鑫教授。论文链接：https://doi.org/10.1021/acs p hotonics.3c01070

北京正负电子对撞机上的北京谱仪III（BESIII）实验实现了一种全新方法，为研究物质和反物质之间的差异提供了极其灵敏的探针。6月2日，相关研究成果刊发于《自然》杂志。　　论文所有匿名评审都对这一成果大加赞赏：“创新的测量方法”“很重要”“很新颖”“吸引人”“非常有前景”… … 到底是什么成果，竟让匿名评审们如此兴奋？　　不好好“组CP”的反物质　　“正反物质不对称性”是困扰科学界半个多世纪的问题，也是粒子物理学家一直在寻找的现象。他们常会提到一个词——“CP破坏”。　　“CP破坏”里的“CP”，和我们平时常说的“组CP”里的“CP”（情侣档）并不是一码事。　　130亿年前，宇宙在发生大爆炸之后迅速膨胀、冷却，大量正反粒子彼此结合、湮没。然而，就像闹了别扭的情侣一样，正反粒子在结合湮没的过程中，行为出现了一些不同。每十亿个正反粒子湮没的过程中，就有一个正物质粒子被留了下来，并最终组成了当今宇宙中所有的物质。　　科学家将正粒子和反粒子衰变过程不一样的现象，称为“CP破坏”。　　“CP破坏”的名字与李政道、杨振宁密切相关。他们提出并获得诺贝尔物理学奖的“宇称不守恒定律”认为，粒子的弱相互作用中存在“镜像”空间反射不对称性。　　在此基础上，科学家总结出了“CP破坏”。“CP破坏现象可以用来解释为什么我们的世界中只有正物质，没有反物质。”中国科学院高能物理研究所所长、中国科学院院士王贻芳告诉《中国科学报》。　　宇宙原初反物质为何消失？　　超子CP破坏有望解谜　　自上个世纪60年代以来，国外科学家已经相继在介子系统中发现了CP破坏。可是，正反物质的不对称性并没有因此得到完美解释。　　“在构成世界的主要粒子中，介子数量很少，介子衰变时多出来的正物质并不足以形成现在的世界。”王贻芳说。　　与数量稀少的介子不同，重子是构成世界的主要粒子。“如果能在重子中找到CP破坏，我们就能够更好地理解宇宙原初反物质消失之谜。”王贻芳说。　　遗憾的是，科学家从未在重子衰变中发现过CP破坏，原因在于“弱衰变信号有时会被强相互作用掩盖”。“所以要想看到重子的CP破坏，就需要有足够高灵敏度和创新性的实验方法，把弱相互作用与强相互作用的信号区分开来。”王贻芳说。　　超子是重子中的一种，类似于质子，但寿命很短，因此不像质子那样可以存在于我们身边。在超子中，有一个名叫“科西超子”的成员，由两个奇异夸克和一个轻夸克组成，当奇异夸克发生弱衰变时，它便消失了。　　超子衰变被科学家视为“寻找CP破坏的一个很有希望的狩猎场”，因为测量CP破坏时需要的一些信息可以通过超子的衰变直接测量。　　发现了高精度测量方法　　从2009年起，BESIII实验从正负电子对撞出的“碎片”中，收集到了约100亿J/psi粒子。这种名叫“J/psi”的粒子会衰变产生正—反科西超子，之后，正—反科西超子还会继续衰变、消失。　　BESIII实验组的科研人员用了100亿粒子事例中的13亿，分析出了正—反科西超子的诞生过程，重建出7万多个正—反科西超子对。如此一来，BESIII就成了一个干净、小巧的科西超子“工厂”。　　“干净”是因为本底污染率小于千分之一水平。“小”是因为BESIII实验中，超子产额并不算多。“巧”是因为BESIII实验的敏感度足够高。　　“我们的超子产额只有美国费米实验室一个叫HyperCP实验产额的千分之一，但单事例的敏感度是HyperCP单事例的一千倍。”BES III实验发言人、中科院高能物理研究所研究员李海波说。　　在分析数据时，BESIII实验组的科研人员发现了一种高精度测量超子CP破坏的方法。　　早先，他们发现，刚衰变出来的正科西超子和反科西超子之间存在一种特殊的现象——“量子纠缠”。于是，利用这种独特的量子纠缠效应，再结合科西超子其他数据信息，实验人员不仅从海量数据中同时找出了正科西超子、反科西超子的衰变信号，还以前所未有的精度测量出正—反科西超子的不对称参数。　　“新方法解决了30年来不能同时高效地对超子和其反粒子测量的困境，也给出了更丰富的CP破坏测量结果。”李海波说。　　“这一成果已经引起国际同行的关注，相关研究人员被2021年国际轻子光子大会邀请作大会专题报告，成为这一领域的新星。”王贻芳说。　　暂未发现新物理现象，将分析更多数据　　遗憾的是，BESIII实验组此次的测量结果并没有显示出超子的CP破坏迹象。即便如此，新方法的发现依然得到了国际匿名评审的认可。　　一位匿名评审点评说：“即使尚未发现CP破坏的新迹象，但研究方法上仍然很有趣。”另一位匿名评审认为：“新方法为将来的实验指明了方向，铺平了道路。”　　“这一创新方法为我们未来确认或排除超出标准模型的CP破坏来源带来了希望。”王贻芳说。　　抱着这样的希望，实验组正在向更高的测量精度发起挑战。“我们希望在不远的将来，能够用这种测量方法发现超子CP破坏的实验证据。”王贻芳表示，BESIII实验组正在分析100亿粒子衰变数据，测量精度有望再提高3倍左右。　　目前，这支由我国主要开展研究的实验团队面临着激烈的国际竞争。　　“欧洲核子中心的大型强子对撞机底夸克探测器（LHC-b）也正在大量制造超子。不过，他们的本底污染率比我们高。”李海波告诉《中国科学报》，BESIII实验组在测量上的优势在于BESIII实验“完美的探测器设计”。　　BESIII是我国历史上最早的粒子物理大科学装置——北京正负电子对撞机上的探测器。它关注两个科学问题：夸克如何组成物质粒子和宇宙物质—反物质不对称的起源。　　王贻芳介绍，从2009年至今，BESIII实验已经发表了400余篇研究成果。该探测器计划运行到2030年。　　作为我国自主研发的大型高能实验装置，BESIII实验吸引了来自17个国家80家科研机构的约500个科研人员，是目前国内正在运行的最大国际合作组。此次发表的新成果由中国科学家和国外合作者共同完成。

红外暗云是一种超低温（绝对零度以上10-30度）、冷暗致密的星际物质聚合体，是恒星形成和星际化学演化的主要场所，包含了这些过程的最重要原初状态信息。与此相关的许多重要前沿问题一直是国际学术领域关注的热点，特别是大质量恒星形成区域的化学演化时标及其与大质量恒星形成的关系，至今依然没有结论。来自中国科学院国家天文台、上海天文台等多个单位的研究人员组成的研究团队，针对该领域的主要科学问题，使用65米天马望远镜，开展了大样本的分子谱线观测研究，扩大了红外暗云的探测样本；综合天体化学模拟和观测数据，有效确定了红外暗云的化学演化时标等信息。该样本包含了银河系内的几十个红外暗云，观测波段是天马望远镜的K波段（18-26.5 GHz），主要探测的目标谱线是三条具有很强化学表征性的分子探针——氨分子（NH3）、硫化双碳（CCS）和氰基乙炔（HC3N）。碳链分子和含氮分子可以敏感地示踪冷暗气体的化学演化时标，利用氨分子的超精细反转跃迁还能测定目标天体的气体温度[1]。CCS是用于标定极早期冷暗气体的重要化学成分，此前历史上所有观测仅在8个红外暗云中探测到了CCS。而该研究工作则一次性得到了15个新增的探测结果，使得CCS红外暗云样本从8个增加到23个，大大增强了红外暗云中碳链分子和含氮分子的统计学意义。天马望远镜可长期稳定工作，且相较于此前的观测整体上具有更高灵敏度，从而为探测结果提供了有力保障。该工作进一步通过天体化学数值模拟，并与观测数据进行比对，有效确定了红外暗云的化学演化时标。结果显示，碳链-含氮分子的丰度比值，能够很好示踪红外暗云的化学演化。特别是具有CCS探测率的暗云，它们的演化年龄仅为20万年甚至更早，相对于较为成熟的恒星形成云核，它们极为年轻。然而这些暗云团块却已经具有了较高的面密度，这说明年轻的团块中稠密气体的聚集程度已相当可观。图1：在红外暗云SDC18.787-0.286探测到的各条谱线，背景为红外波段（WISE天文卫星在3.5-22微米波长范围内的公开数据）图像, 黄色圆圈表示天马望远镜的波束[2]覆盖范围。（右）红外暗云化学模型预言的分子含量比例演化趋势（带箭头的曲线）与观测数值的比对。不同颜色曲线代表不同的环境气体密度，节点数字标记了演化年龄（年），灰色数据点为前人观测，黑色方块为本次研究工作获得CCS新探测数据的样本点。从图中可以看出，化学模型的预言与数据点符合较好，对这些暗云的演化年龄给出了明确标定。该研究工作第一作者为中科院国家天文台李菂、吴京文研究员团组的博士生谢津津。国台陈龙飞博士和任致远博士共同分析观测数据并分别提供了化学模型和氨分子温度测量模型。这项工作已经被《中国科学：物理学 力学 天文学》接收（预印本：arXiv:2103.12985）。国家天文科学数据中心为天文观测设备和研究计划提供数据与技术服务。注1：氨分子（NH3）被认为是星际介质的灵敏温度计。由国家天文台博士研究生王珅、任致远和李菂研究员开发的氨分子超精细谱线温度算法（HFGR），能够准确利用超精细结构的积分强度来计算分子云的气体旋转温度和热力学温度。与传统的利用氨分子计算气体温度的方法相比，HFGR算法只依赖于观测得到的谱线强度比，能够避免线宽和不透明度在谱线拟合时所造成的不确定性，因此对于更大范围的参数更加稳定和可靠。该算法已经发表于英国皇家天文学月报（MNRAS, 2020, 499:4432）注2：射电望远镜的波束，指望远镜主轴方向接收天空射电辐射的立体角范围，对应采集到天空图像的角分辨率。

暗物质粒子探测卫星“悟空”号国际合作组利用卫星前六年观测数据分析得到10GeV/n到5.6TeV/n能段宇宙线硼/碳比和硼/氧比的精确测量结果，并发现能谱新结构。相关研究成果于10月14日在线发表在《科学通报》（Science Bulletin）上。宇宙线是来自外太空的高能粒子，包括各种原子核、电子、高能伽马射线和中微子等。自1912年赫斯发现宇宙线以来，人类对它的观测和理论研究已经长达一个世纪。但时至今日，关于宇宙线的起源、加速机制以及它们在星际空间和星系际空间中的传播及相互作用等基本问题依然没有得到彻底的解答。在宇宙线中，碳核、氧核等属于恒星核合成过程中产生的原初粒子，而硼核则主要是碳核、氧核在传播过程中和星际物质发生碰撞后产生的次级粒子。因此，通过对宇宙线中硼/碳（B/C）和硼/氧（B/O）流量比的精确测量可以研究宇宙线在传播路径上的相互作用过程。上个世纪40年代至60年代建立起来的经典宇宙线传播模型预测B/C和B/O随能量的变化服从单一幂律分布，且谱指数应为-1/3或-1/2。近些年的直接观测实验（如PAMELA、AMS-02）发现宇宙线B/C在百GeV/n以下能区确实符合单一幂律分布，其谱指数非常接近-1/3，被认为是建立于1941年Kolmogorov星际介质湍流理论的直接证据。但在更高能区，尤其是TeV/n以上，前述实验因测量精度的限制无法给出准确的探测结果，不能对现有的宇宙线传播模型给出有效检验。“悟空”号是我国发射的第一颗用于空间高能粒子观测的卫星，其核心科学目标除了通过对电子宇宙线和伽马射线的观测来间接探测暗物质粒子，还包括通过探测宇宙线核素粒子来研究宇宙线的加速和传播机制。和国际上其他类似探测设备相比，“悟空”号覆盖能段宽、能量测量准、粒子鉴别强，特别是具备优异的电荷分辨本领，可以对高能宇宙线核素粒子进行高精度鉴别（图1）。10月14日，基于其收集到的前六年观测数据，“悟空”号国际合作组获得了10 GeV/n到5.6 TeV/n能段的B/C和B/O的精确测量结果（图2）。这是国际上首次实现对1 TeV/n以上B/C和B/O进行精确测量，能量上限比阿尔法磁谱仪（AMS-02）实验高出5倍。“悟空”号的探测结果表明，在宽能段范围内B/C和B/O明显偏离单一幂律分布的行为特征。“悟空”号首次以高置信度发现宇宙线B/C和B/O在相同能量（约100 GeV/n）处出现变硬的行为，意味着经典的宇宙线传播理论需要进行重要的修改。该结果对揭示宇宙线的传播机制以及星际介质的湍动属性具有十分重要的意义，也意味着之前基于反物质宇宙线的暗物质间接探测的天体物理背景需要重新估计。上述研究工作得到国家自然科学基金委、中科院、江苏省的多个项目的支持。图1 “悟空”号测量的电荷谱

p 　　近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员李广海课题组在高性能紫外光探测薄膜器件方面中取得进展，相关结果发表在ACS Applied Materials & amp Interfaces上，并申请国家发明专利2件。 /p p 　　紫外探测器在空间天文望远镜、军事导弹预警、非视距保密光通信、海上破雾引航、高压电晕监测、野外火灾遥感及生化检测等方面具有广泛的应用前景。在实际应用时，由于自然环境的不确定性，待测目标的紫外光强度通常不高，环境中存在着大量对紫外光具有强吸收和散射能力的气体分子或尘埃，导致最终到达探测器可检测的紫外光信号非常弱。因此，提高紫外探测器对弱光的探测能力至关重要。探测率(detectivity)是衡量探测器件对弱光检测能力的重要指标，探测率由响应度(responsivity)和暗电流密度共同决定。响应度越高，暗电流密度越低，器件的探测率越高。高探测率更有利于弱紫外光的探测。然而，对于大部分半导体光导探测器而言，响应度高的器件常伴随着较高的暗电流 提高材料质量，减少缺陷可降低器件暗电流，但响应度随之减小。因此，器件探测率难以提升，限制了光导探测器在弱紫外光检测方面的应用。 /p p 　　针对上述问题，李广海课题组的副研究员潘书生等在前期透明高阻薄膜的研究基础上，提出以中间带半导体为核心材料构筑紫外探测器的新方法。中间带具有高态密度，能够有效俘陷本征缺陷在导带上产生的电子，从而降低器件暗电流 另一方面，光照时，中间带上储存的载流子能补充到价带上，并被光激发至导带贡献光电流，因此中间带半导体材料紫外探测器能够实现在降低暗电流的同时，保持器件较高的响应度。采用磁控反应溅射技术，沉积Bi掺杂SnO2薄膜，并通过优化实验设计和参数，构筑出了基于中间带半导体薄膜的光导型紫外探测器件。性能测试结果显示，器件暗电流降低至0.25nA，280nm波长紫外光响应度达到60A/W，外量子效率为2.9× 104%，探测率达到6.1× 1015Jones，紫外—可见光抑制比达103量级。器件的动态范围高达195dB，这说明Bi掺杂SnO2薄膜光导探测器可检测极其微弱的紫外光(等效每秒300紫外光子)，对较强的紫外光也可探测。 /p p 　　该研究工作得到了国家自然科学基金与合肥研究院固体所所长基金的支持。 /p p style=" text-align: center " img width=" 450" height=" 349" title=" W020170907540355593507.jpg" style=" width: 450px height: 349px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/noimg/1086db54-ce3a-4a29-b90b-ed2b9dbbf2f4.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / /p p 　　Bi掺杂SnO2薄膜光导探测器件性能：(a) 响应度，(b) 外量子效率，(c) 探测率和 (d) 噪声等效功率。 /p p /p p /p

10月19日，中国科学院合肥物质科学研究院与澳门科技大学科技合作签约仪式暨深空物质成分光谱探测联合实验室(以下简称联合实验室)成立仪式通过线上方式举办。中国工程院院士刘文清，合肥研究院院长刘建国、副院长吴海信，澳门科技大学副校监、校长李行伟出席签约仪式。 　　签约仪式前，双方会谈。刘建国作简要讲话，他对双方合作协议的签署表示祝贺。他表示，澳门科技大学与合肥研究院在深空探测领域各具优势，在国家需求的牵引下找到共同发力点。未来，联合实验室将作为双方实施科技合作、人才培养和开展学术交流的重要平台，系统开展深空探测领域基础创新研究和关键技术攻关，共同推动我国深空物质成分探测领域的创新发展。 　　李行伟对签约仪式的顺利举行致以祝贺。他表示，澳门科技大学在深空探测和研究领域学科积累深厚、与国内其余单位合作基础良好，合肥研究院是国内环境探测领域的优势单位，在环境监测、光学遥感探测方面建立了特色突出的研究方向和技术优势。在前期实质性合作的基础上，签署合作协议、共建联合实验室，有利于深空科学与技术的融合发展，有望催生重大科研成果，助力航天强国建设。 　　刘建国与李行伟代表双方签署科技合作与交流框架协议以及深空物质成分光谱探测联合实验室合作协议。 　　吴海信宣读中国科学院国际合作局对于“中国科学院合肥物质科学研究院-澳门科技大学深空物质成分光谱探测联合实验室”批复，联合实验室正式成立。刘文清院士、月球与行星科学国家重点实验室主任张可可任联合实验室主任。刘文清表示，联合实验室是双方发挥学科优势，本着“优势互补、共生共赢”的原则建立的合作平台。他相信在大家的共同努力下，联合实验室会是成果丰硕、人才聚集、学术交流活跃的合作平台，也将为国家深空领域的发展贡献一份力量。 　　月球与行星科学重点实验室助理主任张小平副教授代张可可致辞，他表示双方签署合作协议，共建联合实验室，是前期合作的深化与拓展。希望在联合实验室主任的带领下，贯彻落实双方协议精神，把实验室建设及发展落到实处，取得令人满意的成果，推动我国深空探测科学与技术进步。 　　根据框架协议，合肥研究院与澳门科技大学将整合双方所在地区的学术与科研资源，合作开展创新研究及技术开发、学术交流，共同培养相关学科专业人才，在深空探测、医药研究、环境科学、核物理、人工智能等领域共谋发展。 　　澳门科技大学、合肥研究院相关部门负责人参加了仪式。

关于暗物质的电脑模拟图 　　中国首个极深地下实验室——“中国锦屏地下实验室”12日在四川雅砻江锦屏水电站揭牌并投入使用，锦屏地下实验室垂直岩石覆盖达2400米，是目前世界岩石覆盖最深的实验室。它的建成标志着中国已经拥有了世界一流的洁净的低辐射研究平台，能够自主开展像暗物质探测这样的国际最前沿的基础研究课题。目前，清华大学实验组的暗物质探测器已经率先进入实验室，并启动探测工作，而明年上海交通大学等研究团队也将进入这里开展暗物质的探测研究。 　　地下实验室在隧道里 　　在建设二滩水电站过程中，四川锦屏山底曾修建了18公里可以通行汽车的隧道，上面是2500多米厚的山体岩石。这里将成为研究所成立后首个实验的开展地，专门“搜捕”暗物质。目前这里是世界上最优越的探测暗物质的环境。 　　之所以称之为最优，据交大物理系主任、粒子物理宇宙学研究所所长季向东介绍，该实验室利用的是当地建水电站时修的地下隧道，在其侧面开挖长40米，宽、高各为6米的空间。因而与国外一些“脱胎”于矿井的地下实验室相比，使用更为便利，不必坐着电梯上上下下，乘坐汽车就能“入地”。而埋深2500米的隧道，更是难得，因为埋得越深，宇宙射线的干扰就越少。 　　“地下工作”并无不适 　　“从地面上开车大概20分钟，就能到达地下实验室。”交大粒子物理宇宙学研究所特别研究员倪凯旋还记得第一次“入地”的感觉。戴上安全帽、穿着硬底鞋，进入实验室，入眼是各种仪器设备。“那里四季恒温，冬暖夏凉，不需要用空调。唯一与地面实验室不同的是，那里没有窗户，刮风下雨丝毫感觉不到，进去久了也容易让人搞不清外界是白天还是黑夜。” 　　“地下工作”时间久了，人是否会有不适?“地下实验室的通风设备很好，丝毫不会感到气闷，人在下面呆个半天，不会有任何异样的感觉。”倪凯旋说，一旦仪器运行稳定后，他只需在地面上的办公室监控探测器运行即可，而地下实验室的所有数据也会传送至地面，因而，科研人员无需24小时“守”着探测器。 　　“捉拿”暗物质很不易 　　让不少人难以理解的是，暗物质在宇宙中，科学家为啥要“钻”到地下去探测呢?这是因为暗物质是种颇有“个性”的粒子，它质量很大，但作用力却微乎其微。 　　“每天可能有几万亿个暗物质穿过你的身体，但你却感受不到，这是因为暗物质的散射截面很小。”倪凯旋打了一个比方，就像一只足球能被球网挡住，但是一个小铁球就能穿网而过，就是因为它的截面比球网的网格小。 　　如何“网”住暗物质? 　　最初的办法是天文观测法，但是，却无法解答“暗物质是什么”。后来，人们又采取间接探测和直接探测的办法。前者，是探测暗物质相互碰撞产生的普通物质粒子信号，一般通过地面或太空望远镜探测 后者，则是用原子核与暗物质碰撞，探测碰撞产生的信号。而在地面上，因为宇宙射线众多，这些信号会对直接探测产生干扰，影响其鉴别能力。因此，地下实验室可以帮助探测器“挡”去干扰，让其“静心”工作。 　　【名词解释：暗物质】在宇宙学中，暗物质是指那些不发射任何光及电磁辐射的物质。人们目前只能通过引力产生的效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、微波背景辐射等研究表明：我们目前所认知的部分大概只占宇宙的4%，暗物质占了宇宙的23%，还有73%是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量。

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记者这次也有幸走进丁肇中位于欧洲核研究组织的实验基地，了解这位科学家那几乎被物理实验占满的日常生活。 　　丁肇中的办公室位于一座小楼的二层，20多平方米，简朴而洁净。中间是长长的办公桌，办公室同时兼会议室，房间的左右上方还各有一台大屏幕显示器，上面是从空间探测器上传回的各种数据。办公桌的正前方，是巨大的窗户，透过其中可看见在一层实验室电脑前忙碌的科研人员身影。 　　记者采访时，他十多岁的外孙女恰好从美国过来看望他，他说：&ldquo 就拿昨天为例，我早上七点起床，先叫醒她。然后是简单的早餐，她喝咖啡，我习惯牛奶。&rdquo 早餐后，丁教授就去实验室埋头工作，直到午饭时间。 　　&ldquo 中午会与一些同事一起吃饭。但对被选中一起进餐的同事可能不是件轻松事，因为这往往是他们研究过程中出现了问题，我需要与他们沟通，&rdquo 丁肇中笑笑说。下午5点丁教授开始和同事举行例会，研讨过去24小时收集到的科研数据。丁肇中团队目前正潜心暗物质研究。 　　暗物质和暗能量是现代天文学和物理学最大的谜团之一。丁肇中的团队目前共有一百五、六十人组成，成员主要来自美国、法国、德国和意大利等，也有来自中国的科学家。 　　&ldquo 我们工作量非常大，众多数据往往分析不过来。&rdquo 丁肇中虽然年近八旬，但身着浅蓝色T恤衫、深色西裤的他依然显得精神矍铄。&ldquo 我每天晚上9点从实验室回家。&rdquo 　　整天泡在实验室是否觉得乏味?丁肇中说：&ldquo 一切看你是否感兴趣。假如你对科研感兴趣，你就会觉得实验室乐趣无穷。&rdquo 　　但对年轻人的抉择，老人显得理解与开明。&ldquo 我孩子从小跟我在实验室里转悠，所以长大后选择的行业都与物理科研不沾边。&rdquo 他的孩子选择了生物、艺术以及法律领域，丁肇中都尊重他们的选择。孩子们也很自律，从不利用父亲关系为自己谋利。 　　丁肇中与记者交流时，他不时把交流话题翻译给不懂中文的外孙女听 当记者给他拍照时，他总是拉过外孙女一起合影，似乎不希望错过与家人团聚的每一刻。 　　一直非常关注国内科技发展的丁肇中6月初才刚从国内回来。谈到&ldquo 神十&rdquo 对接和&ldquo 蛟龙&rdquo 下潜等标志性科技突破时，丁肇中语重心长地说，中国现在空间技术的进步&ldquo 完全靠的是中国人自己的能力，是非常不容易的事情，所有中国人都值得骄傲&rdquo 。 　　完成访问后，这位谦逊长者再次回到&ldquo 乏味&rdquo 的实验数据分析工作中，继续着对广阔宇宙的探寻。

中国科学院上海技物所研究员胡伟达与复旦大学教授周鹏合作，在范德华尔斯异质结室温红外探测与仿生动目标探测领域中取得进展。　　在室温红外探测方面，研究首次提出了基于范德华尔斯单极势垒结构的红外探测器，突破了传统材料的晶格匹配与能带匹配的限制。上海技物所团队巧妙地构建出一种天然屏障的能带结构，只阻挡“有害的”暗电流成分，却让“有益的”光电流可以顺畅通过，因而在不削弱光响应的情况下有效抑制暗电流，提高探测器信噪比和工作温度。在室温下，中波红外峰值黑体探测率达2.3×1010cmHz1/2W-1。目前，只有少数的二维材料红外探测器可以呈现出黑体响应，该研究推进了二维材料进入红外应用领域的关键技术研究。相关成果以Unipolar barrier photodetectors based on van der Waals heterostructures为题，发表在Nature Electronics上。　　进一步，在仿生动目标探测方面，上海技物所团队构建了更为复杂的三维垂直堆叠范德华尔斯异质结，提出了“ALL IN ONE”器件，实现了集探测、存储和计算（即感存算）为一体的原型器件。研究将具有双极性以及可见-近红外探测的硒化钨作为浮栅，运用电子空穴双存储模式在单一器件内同时获得了正负光存储特性，并实现了线性度良好的正负多态存储。该正负多态存储恰好对应了视网膜神经网络中的ON/OFF特性。基于这种类视网膜神经网络，展示了“ALL IN ONE”器件的时间差分处理能力，首次实现了动目标探测演示。相关成果以All-in-one two-dimensional retinomorphic hardware device for motion detection and recognition为题，发表在Nature Nanotechnology上。　　研究工作得到国家自然科学基金委、科技部、中科院、上海市科委的支持。　　论文链接：1、2