我國科學家在暗物質直接探測領域取得重要進展

　  在國家自然科學基金項目（項目編號：11475092、11475099、11675088、11725522）等資助下，清華大學牽頭的中國暗物質實驗（China Darkmatter Experiment，CDEX）合作組在暗物質直接探測領域取得重要進展，在4-5 GeV能量范圍內自旋無關暗物質直接探測靈敏度達8×10^-42 cm², 是該能區正式發表的最好結果。相關成果以“Limits on Light Weakly Interacting Massive Particles from the First 102.8 kg × day Data of the CDEX-10 Experiment（基于CDEX-10實驗首批102.8公斤·天數據的輕質量暗物質限制）”為題，于2018年6月13日在線發表于Physical Review Letters（《物理評論快報》）上，論文鏈接為：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.241301。

　　暗物質是指不參與電磁相互作用和強相互作用，但參與引力相互作用的不可見物質。天文學觀測和研究表明，暗物質廣泛分布在宇宙的各個角落，約占整個宇宙物質質量的85%，在物質起源和宇宙演化過程中具有十分重要的地位。當前暗物質探測方法大體分為三類：間接探測實驗、直接探測實驗和加速器實驗。

　　2018年CDEX合作組在102.8公斤·天的物理數據基礎上，給出4-5 GeV能量范圍內自旋無關暗物質探測靈敏度為8×10^-42 cm²的世界最好水平，該研究結果是CDEX-10實驗的第一個物理成果。CDEX合作組在國際上首次采用液氮直冷方式，建立和運行總質量約10 kg的點電極高純鍺探測器陣列進行暗物質直接探測實驗，并通過多種技術手段有效降低探測器的測量閾值，以及環境輻射、探測器自身材料放射性等本底的干擾。

　　CDEX合作組是由清華大學牽頭，由四川大學、南開大學、中國原子能科學研究院、北京師范大學、雅礱江流域水電開發有限公司等單位的研究人員聯合組成。目前正在錦屏地下實驗室二期空間安裝一個容積約為1700 m³的大型液氮恒溫器，預計將于2018年底投入使用，CDEX-10實驗將在該大型恒溫器內運行，預期將取得更多更好暗物質物理成果，并為未來噸量級暗物質直接探測實驗奠定基礎。

圖. (左)直接浸泡在液氮介質中的真空封裝高純鍺陣列系統及其中一個三單元高純鍺陣列的內部結構示意圖。（右）紅線CDEX-10自旋相關暗物質實驗結果，黑色虛線為未來實驗預期靈敏度結果。