義大利格蘭薩索國家實驗室（Gran Sasso national laboratory）：義大利國家核物理研究院所屬的四大國家實驗室之一，它是義大利的地下物理研究中心。由於進出容易、規模大和極好的岩石掩蓋,使格蘭·薩索實驗室成為世界上對物質穩定性、太陽中微子和原始磁單極研究以及大量多學科間研究項目研究的重要實驗室。
2015年11月16日，迄今最大最靈敏的暗物質實驗設備——XENON1T，當地時間11日在義大利格蘭薩索（GranSasso）地下實驗室揭開帷幕，《自然》評論稱XENON1T或將改變歷史，或將宣告超對稱理論中對暗物質的描述終結。
基本介紹
- 中文名：格蘭薩索國家實驗室
- 外文名：Gran Sasso national laboratory
- 所在國家：義大利
- 研究領域：基礎物理學
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實驗室建造
1982年2月和1984年6月，義大利議會分別通過兩個專門法案，授權義大利國家公路局以大約800億里拉的總預算來建造該實驗室。義大利兩家大公司承擔工程建設，1987年交付使用。該實驗室沿羅馬一阿奎拉和泰拉莫高速公路，離羅馬約120公里。它位於阿奎拉和泰拉莫之間長10.4公里的格蘭·薩索山中隧道旁，隧道里有旁路通該實驗室。實驗室由三個實驗大廳、服務區、入口和緊急隧道組成。挖掘石方18萬立方米，其中SQ%用於安裝設備。
1200米厚的岩石覆蓋保證對宇宙射線非常有效的禁止，使除中微子外的已知粒子流量幾乎減少到百分之一。而且格蘭。薩索山脈岩石(石灰石)本身的天然放射性元素(即鈾和牡)含量非常低，使該實驗室成為極靈敏、精密以及非常大型實驗的理想場所。
研究人員和項目
研究項目 | 參加單位 |
l、測定罕見衰變用的輻射熱測量計 | 義大利國家核物理研究院、米蘭大學、格蘭·薩索國家實驗室 |
2、硼實驗(BOREX) | 美國阿貢國家實驗室、AT&T貝爾實驗室、美國Drexel大學、麻省理工學院、夏威夫大學、義大利國家核物理研究院、米蘭大學、義大利怕維亞大學、格蘭·薩索國家實驗室 |
3、冷聚變(1) | 美國楊百翰大學、義大利國家核物理研究院、博洛尼亞大學 |
4、冷聚變(2) | 義大利核能和替代能委員會 |
5、氙的雙β衰變 | 義大利國家核物理研究院、米蘭大學、格蘭·薩索國家實驗室 |
6、鍺的雙β衰變 | 蘇聯莫斯科Kur.hatov原子能研究院、德國海德堡Max-Plank研究所 |
7、成象的宇宙信號和罕見的地下信號(ICARUS) | 歐洲原子核研究委員會(瑞士日內瓦)、義大利國家核物理研究院、阿奎拉大學、義大利帕多瓦大學、博洛尼亞大學、義大利弗拉斯卡蒂國家實驗室、美國洛杉磯加利福尼亞大學 |
8、太陽中微子稼實驗(GAIJLEX) | 法國格勒諾布爾CEA)CENG一DTP/SECC、法國薩克萊原子核研究中心,義大利國家核物理研究院、羅馬第二大學、義大利米蘭大學、格蘭·薩索國家實驗室、德國卡爾斯魯厄核研究中心、慕尼黑技術大學、德國海德堡Max一Plank核物理研究院、法國尼斯laCoted產Azor觀測所、以色列雷霍沃特魏茨曼科學研究院、美國布魯克海漢國家實驗室。 |
9、山頂上大範圍的空氣簇射(EAS一1’OF) | 義大利宇宙地球物理研究所、義大利國家核物理研究院、義大利都靈大學 |
10、大容量檢測器(LVD) | 中鷹:科學院、Brasile大學、美國布朗大學、休斯敦大學、印第安納大學、義大利弗拉斯卡蒂國家實驗室、博洛尼亞大學、 義大利國家核物理研究院、佛羅倫斯大學、義大利阿奎拉大學、都靈大學、巴勒莫大學、日水大學、美國麻省理工學院、東北大學、義大利國家研究委員會、佩魯賈人學、義大利卡拉布里亞大學、烏爾比諾大學、蘇聯核研究科學院研究所 |
11、單極天體物理和宇宙射線觀測所〔MACPO) | 美國波士頓大學、Calteeh大學、Drc:el大學、美國印地安納大學、密西根大學、義大利國家核物理研究院、那不勒斯大學、 義大利巴里大學、博洛尼亞大學、萊切大學、義大利阿奎拉大學、比薩大學、羅馬大學、義大利弗拉斯卡蒂國家實驗室、都靈大學、美國德克薩斯A&M |
12、重核的罕見衰變 | 義大利國家核物理研究院、米蘭大學 |
13、地球物理實驗 | 義大利羅馬大學、阿奎拉大學、佩魯賈大學、義大利國家研究委員會 |
研究背景
人們現已知道，離開暗物質與暗能量，宇宙無法維持現有的星系旋轉與膨脹速度。但是標準模型中並沒有描述這二者的候選粒子，因此科學家才認為標準模型需要被拓展，許多新物理模型應運而生，其中超對稱理論備受青睞。它認為迄今發現的每一個粒子都有一個通常來說更重一些的夥伴粒子，有一些則是大質量弱相互作用粒子（WIMP），它是一種仍然停留在理論階段的粒子，卻是暗物質最有希望的候選者，在大爆炸中應被創造出來的WIMP的數量，恰好也符合宇宙學估測出的暗物質密度。
但暗物質的尋找過程甚是艱難。當前想要尋獲暗物質有兩個辦法：將儀器送上太空，或者放入地下。後者是一個進行暗物質探測實驗的最理想所在，因為地下深處可很大程度上免受宇宙射線的攻擊。此次參與XENON聯合實驗的125名科學家將3.5噸液態氙作為“搜捕”暗物質的工具，並對其反應進行監控。液態氙屬於冷物質，重量是水的3倍。該實驗所用已遠遠超過當今世界上最先進的暗物質探測實驗——美國桑福德地下研究中心大型地下氙探測器（LUX）里370千克氙的重量。而在2013年，LUX實驗曾排除了大質量弱相互作用粒子作為暗物質候選者的可能，即是說其尋找暗物質未獲成功。此外，暗物質是一種神秘物質，被認為占據了宇宙中85%的質量。如果這項名為XENON1T的試驗發現了暗物質，它將被載入史書。與此同時，很多理論家認為，如果一無所獲，將對排除這種難以捉摸物質的熱門候選者——超對稱所預言的一種弱相互作用重粒子（WIMP）大有幫助。超對稱是對粒子物理標準模型的擴展。
XENON1T預計將於2016年3月底開始收集數據。該實驗如能發現暗物質，將被寫入歷史；反之，它將終結掉一個備受歡迎的暗物質的候選者，同時也是標準模型的擴展理論。目前，歐核中心地下的大型強子對撞機（LHC）也在對大質量弱相互作用粒子進行追尋，以期發現超對稱粒子的蛛絲馬跡，“防止”這一理論壽終正寢。
研究目標
其一是找到那些“丟失的”中微子。自二十世紀六十年代開始， 美國物理學家雷蒙德·戴維斯（RaymondDavis）在霍姆斯特克探測到太陽中心核反應所產生的中微子。然而他僅僅發現了理論預言中的三分之一中微子。對於沒發現的另外三分之二中微子，其他物理學家提出一個解決方案：如果中微子在太空穿行過程中發生“振盪”，其三類中微子的一類轉換成了另一類，那么當它們達到地球時很可能已經混合在了一起。如此，戴維斯的探測器只能探測到三分之一的中微子。然而，由於中微子同其他粒子幾乎不發生相互作用，探測中微子就需要將探測器放置於地下岩層幾百米進而禁止掉宇宙射線。
其二是質子衰變。構建粒子相互作用“大統一理論”的各種嘗試，暗示了質子曾經是些不穩定的、並且很可能花費了比宇宙年齡還要長的時間而衰變成了更輕的亞原子粒子。探測到如此事件的唯一希望，就是在禁止掉宇宙背景輻射的干涉信號後進行長時間的監測。
