一組天體粒子物理學家正在位於英國約克郡地下超過半英里（約合804米）的實驗室搜尋暗物質。暗物質非常神秘，一直就是最大的宇宙謎團之一，即使參加這項實驗的科學家也不確定暗物質是否真實存在或者最終能否發現這種物質。2011年3月，實驗結果將浮出水面，如果如願以償地發現暗物質，這一發現將徹底改變科學界的面貌。
基本介紹
- 中文名：暗物質探測器
- 外文名：ZEPLIN-III
- 類型：科學儀器
- 套用領域：暗物質搜尋
- 體積：2立方米
揭秘ZEPLIN-III,為何探測器被裹上保護性材料,優越性,
揭秘ZEPLIN-III
英國地下800米暗物質搜尋實驗室，這個地下實驗室並不起眼，長300英尺(約合91米)，牆壁採用紫紅色防火塗料，看上去有點恐怖。頂部是滑行裝置，用於兩噸重的起重機運送重型設備，牆邊擺著大量測量設備、電腦顯示器、錶盤、電線和儀表。中央是兩個主實驗儀器，表面上體現不出它們的重要性。它們將幫助科學家揭開宇宙的一個最大謎團。
其中一個實驗儀器主要由一個巨大的盒子構成，體積70立方英尺(約合2立方米)，外面包裹著難看的透明聚丙烯塑膠布，看起來似乎是最近才運到實驗室的，上沒來得及拆封。另一個實驗設備也是一個立方體，現已被大卸八塊，來自加利福尼亞州的一名教授正對其進行維修。這個設備由一系列框架構成，好似一個雞蛋切片機，它的電線很細，細到讓人不敢近距離觀察，唯恐一不小心摔倒，壓壞這個造價數千英鎊的設備。
這兩個實驗儀器一個是暗物質探測器，被稱之為“ZEPLIN-III”，另一個是暗物質望遠鏡，被稱之為“DRIFT-II”，它們均在與時間賽跑，尋找在宇宙中占據重要位置的暗物質。尋找在宇宙中占據重要位置的暗物質。科學家認為暗物質在宇宙的比重高達80%以上。
為何探測器被裹上保護性材料
當前有關暗物質的最流行理論是，這種物質由大質量弱相互作用粒子(WIMPs)構成。之所以取這個名字是因為暗物質據信會與正常物質發生反應，但這種情況非常罕見。世界各地的大量實驗都圍繞這一理論展開，波爾比礦井內進行的實驗便是其中最為先進的一個。阿勞霍表示：“這是一項競爭激烈的競賽，我們是有望獲取勝利的主要選手之一。”
如果按照國際標準，這座地下實驗室是使用零星資金建造的，雖然事實如此，但阿勞霍和他的國際粒子物理學家小組——來自倫敦、迪高特、愛丁堡、葡萄牙和莫斯科的研究實驗室——卻操作著世界上最為靈敏的探測設備。在這場尋找暗物質的競賽中，靈敏度就是一切。
阿勞霍解釋說：“在6個月的實驗中，我們預計自己的實驗只能探測到少量暗物質事件。但在相同的時間內，我們卻可以探測到數百萬次背景輻射事件，來自於探測設備和實驗室牆壁的痕量放射能，來自於能夠穿透到這一地下深度的少量宇宙射線。毫無疑問，探測設備的靈敏度越高，所能消除的背景噪音越多，也就越有可能發現暗物質。”
這也就是為什麼ZEPLIN-III探測器被包裹上保護性材料。外層的聚丙烯塑膠在設計上用於幫助消除中子，周圍厚厚的鉛殼則用於消除伽馬射線。探測器內部的“靶子”由12公斤純液態氙構成，一旦核心受到粒子轟擊便會發生反應。無論什麼時候，只要發生反應便會產生閃光(由光子感測器記錄)和電荷，後者在懸於液態氙“靶子”上方薄薄的氙氣層中測量。通過測量光脈衝與電荷尺寸的比率，波爾比的研究小組能夠確定所探測到的“事件”是否是一次罕見而令人極度興奮的WIMP互動作用，或者只是一次令人沮喪的伽馬射線穿過。
優越性
現在，波爾比礦井內的科學家正朝著實現這一夢想的道路前進。ZEPLIN-III探測器的靈敏度是ZEPLIN-II的10倍，ZEPLIN-II的靈敏度大約也是Mark I的10倍。藉助於這種高靈敏探測設備，科學家距離發現暗物質自然更近一步。在打開探測器並在3月進行最終測量時，實驗結果將浮出水面。如果ZEPLIN-III能夠記錄10次事件並證明這些事件並非背景輻射的結果，研究小組便取得勝利。波爾比實驗室資深科學家和設施負責人肖恩·帕林表示：“這裡的每一個人都認為，我們已經處在上演重大發現的邊緣。雖然沒有一個人觀測到非背景輻射事件，但我們可能已經進入上演這種發現的時刻。”
在波爾比的實驗中，沒有人願意猜測成功發現暗物質的幾率。由於遭受失敗的可能性極高，實驗室的空氣中瀰漫著緊張的氣氛。DRIFT-II主要由美國大學資助，研究小組希望這個探測器至少可以安全使用3年。ZEPLIN-III的資金將於3月陷入枯竭，政府部門和贊助者——科學與技術設施理事會需要為之提供更多資金。
ZEPLIN-III項目組操作著世界上最靈敏的探測器，在進行旨在尋找暗物質的實驗中，他們自然處於有利位置，成功發現暗物質的幾率高於其他研究團隊。面對這種極富挑戰的實驗，我們不得不問如果失敗了怎么辦？伊夫特對此表示：“如果失敗，我們需要製造一台更大的探測器，繼續進行這種實驗。”
