地下千米发生罕见碰撞事件，会是暗物质粒子“露出马脚”吗？

宁飘飘

地下千米发生罕见碰撞事件，会是暗物质粒子“露出马脚”吗？







LUX-ZEPLIN（LZ）探测器捕捉到一个可能是暗物质粒子的事件，但还需要更多数据确认。

研究人员或许捕捉到了暗物质粒子的首个信号。倘若该结果最终得到证实，这或将成为物理学史上最重要的发现之一。

暗物质约占宇宙物质总量的85%，但几十年来，物理学家一直无法确定它究竟由什么构成。各种假设层出不穷，从不同类型的粒子和力到某种反常的引力，不一而足——但最主流的观点始终认为它应该是弱相互作用大质量粒子。尽管探测设备不断升级，这种假想粒子却始终不见踪迹，不少科研人员因此转向研究更为新奇的理论模型。

如今，局面或将迎来转机。一项对美国南达科他州暗物质探测器LUX-ZEPLIN（LZ）实验数据的新分析揭示出一种粒子，它可能是迄今为止探测到的首个弱相互作用重粒子。美国布朗大学物理学家范吉吉评价表示，这个结果十分振奋人心，“它不仅帮助我们排除暗物质不可能是什么，更是第一次给出了暗物质可能是什么的正面线索”。

至少比质子重200倍

这套实验装置依靠约7吨液态氙来搜寻暗物质。探测器深埋在地下一千多米的位置，外层设置多层防护，最大限度隔绝宇宙射线与其他粒子带来的干扰。当外来粒子撞击氙原子，就会产生极其微弱的闪光。科研人员记录这些光信号，反推入射粒子的运动轨迹及其碰撞过程所释放的能量。



光电倍增管（金色）在LZ中探测光信号。

在以往搜寻弱相互作用大质量粒子的工作中，研究人员主要关注能量低于30千电子伏特的碰撞事件。他们假设了一种最简单的相互作用方式，即粒子基本上只与氙原子核中的单个核子发生碰撞。但在该能量区间始终没有找到明显信号后，实验团队转换思路，重新梳理探测器最初220天采集的数据，把目光投向能量更高的事例。

正是在这批数据里，他们找到了一例能量约248千电子伏特的异常事件。LZ实验发言人、布朗大学物理学家理查德·盖茨克尔说：“我们不能想当然地认为，大自然一定会选择最简单的方式。宇宙显然并不总是遵从最省事、最直观的规律。”

如此高的能量水平意味着，如果信号确实由暗物质粒子产生，背后的作用机制远比过去设想的复杂。它不大可能只是和原子核内单个核子发生碰撞，而更像是与整个氙原子核产生相互作用。按照这套解释，该暗物质粒子的质量至少是质子的200倍。

确认还需更多事例

美国加州大学伯克利分校物理学家威克·哈克斯顿认为，这项成果的意义不只是观测到一个异常信号，更在于它为信号背后的作用机制提供了线索。“如果结论能够经受后续检验，人类对暗物质的认知或许会迎来快速突破。”

倘若真的探测到暗物质粒子，相当于为人类理解宇宙打开一扇全新窗口。它不仅有望帮助科学家获取极早期宇宙中依靠其他手段无法得到的信息，还可能倒逼我们重新审视现有粒子物理标准模型。不过，眼下还远远不到宣布发现暗物质的时刻。

粒子物理学界有一个通行标准：一个信号需要达到5西格玛统计显著性，才能正式认定为新发现。目前，LZ探测器的这项探测结果的西格玛值为2.6，这意味着它有大约1/200的概率是偶然现象。“在科学领域，我们做了无数实验，会经常遇到百分之一概率的事件。”盖茨克尔说。

不过好消息是，本次分析只用到LZ实验约1/3的采集数据，全球其他暗物质探测项目也积累了大量观测数据。如果后续能在相近能量区间再捕捉到几例相似信号，统计显著性有望继续提升。

待到那时，人类寻觅数十年的暗物质粒子，或许才会第一次展露真身。

原标题：《地下千米发生罕见碰撞事件，会是暗物质粒子“露出马脚”吗？》

栏目主编：许琦敏 文字编辑：金奕伶

天天干饭

关于会是暗物，本地人还是关心的

宁飘飘

LUX这事说得挺清楚

太极

先码住，回头再看LUX

文竹的一天

哈哈原来LZ是这样。

落日航班

就是这个理，ZEPLIN

扎染呀

会是暗物质粒子多来点这种通报

包心客

嗯，露出马脚了解了

包心客

但几十年来信息挺及时

包心客

这个LUX靠谱吗

包心客

关于LZ，本地人还是关心的

加加加加油呀

嗯，但几十年来了解了

太极

身边人也会关心LZ

平凡可贵h

会是暗物有后续吗，蹲一个

扎染呀

会是暗物质粒子希望能落实到位