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北京時間2021年7月8日下午4時在三年一度的馬塞爾·格羅斯曼國際廣義相對論大會上，中國錦屏地下實驗室PandaX實驗（“熊貓”實驗）發(fā)言人劉江來教授公布了PandaX-4T實驗的首個暗物質(zhì)搜尋結(jié)果。此次結(jié)果基于PandaX-4T試運行95天的數(shù)據(jù)，用0.63噸?年的曝光量，再次刷新了暗物質(zhì)反應(yīng)截面的上限。

PandaX力圖探測宇宙中神秘的暗物質(zhì)。根據(jù)近百年的天文學(xué)和宇宙學(xué)觀測研究，宇宙中暗物質(zhì)約占宇宙總質(zhì)量能量的27%，比已知的普通物質(zhì)多出5倍！現(xiàn)今科學(xué)家們普遍認為，暗物質(zhì)是一種我們?nèi)匀晃刺綔y到的超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新粒子，它與普通物質(zhì)之間極有可能存在一種微弱的相互作用，對它的探測有可能打開粒子物理新的篇章。而由于可能存在的反應(yīng)極其微弱，我們必須使用在極低本底的環(huán)境下（深地實驗室），利用超高靈敏度的探測器來搜尋這類暗物質(zhì)“幽靈”。PandaX實驗是在2009年由季向東教授發(fā)起，實驗坐落于四川涼山州的中國錦屏地下實驗室（CJPL），實驗室由清華大學(xué)和雅礱江水電共同開發(fā)管理。實驗室上方的巖石層厚度達2400米，相比世界上同類地下實驗室CJPL的埋深最大、宇宙線本底也最低。

PandaX采用二相型氙時間投影室探測器，來探測銀河系內(nèi)的高速運動暗物質(zhì)粒子與氙核可能發(fā)生的碰撞。碰撞產(chǎn)生的電子離子對有一定比例會重新結(jié)合放出光子，被探測器中的光電倍增管探測到；另一部分逃逸電子受電場作用漂移到放大氣體層被放大并探測到。PandaX系列實驗已經(jīng)在過去完成兩代暗物質(zhì)探測（120公斤的PandaX-I以及580公斤的PandaX-II），取得突出的成果。其中PandaX-II一度取得對暗物質(zhì)粒子國際領(lǐng)先的限制，入選2016年《科技導(dǎo)報》十大科學(xué)進展和2017年度美國物理學(xué)會亮點。

為了提升暗物質(zhì)探測靈敏度，2019年起PandaX團隊在錦屏二期（國家發(fā)改委“十三五”重大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施項目之一）的B2實驗廳建設(shè)起了新一代的4噸級暗物質(zhì)探測實驗：PandaX-4T；同時國際上在建的多噸級液氙實驗還有歐美合作的XENONnT實驗以及美國的LZ實驗。為了加快實驗進度，PandaX團隊提前搭建了臨時配套設(shè)施和900噸的超純水屏蔽系統(tǒng)。2019年8月實驗組進駐；2020年5月底克服疫情影響完成探測器安裝；2020年11月28日，探測器調(diào)試完成進入試運行；2021年4月15日試運行結(jié)束，共取得穩(wěn)定數(shù)據(jù)95天。在此次95天數(shù)據(jù)中，PandaX-4T探測器共記錄了13.7億次事例，其中僅僅1058個低能區(qū)事例通過了數(shù)據(jù)質(zhì)量篩選進入最終暗物質(zhì)分析數(shù)據(jù)集，本底比PandaX-II降低了4倍左右；其中有6個事例落在了暗物質(zhì)信號最可幾的參數(shù)空間區(qū)域。結(jié)合模型分析了各種本底成分，我們認為這6個事例在統(tǒng)計上與我們的本底模型一致，我們的數(shù)據(jù)未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計顯著的暗物質(zhì)超出信號。由于PandaX-4T出眾的靈敏度，此次結(jié)果涵蓋了之前未被其他實驗探索國的暗物質(zhì)與普通物質(zhì)反應(yīng)截面參數(shù)空間，取得了目前對高質(zhì)量暗物質(zhì)最好的限制。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)是PandaX合作組的主要合作單位之一，核探測與核電子學(xué)國家重點實驗室的林箐特任教授，在此次的PandaX-4T第一次結(jié)果分析中做出了重要貢獻，提出利用GPU加速的超精細模擬來構(gòu)建信號及本底響應(yīng)模型，并在科大搭建的GPU服務(wù)器上指導(dǎo)學(xué)生完成信號及本底響應(yīng)模型的框架構(gòu)建，為PandaX-4T第一次結(jié)果靈敏度的計算發(fā)揮了主要作用。

但此次試運行中，我們也發(fā)現(xiàn)了超出我們預(yù)期的氚化甲烷的本底污染，極大可能來自于PandaX-II結(jié)束前最后一次的氚化甲烷刻度源的注入污染了氙氣。目前PandaX-4T正在積極開展對于探測器中氚化甲烷本底的去除工作，預(yù)期將把本底再降低一倍以上，以期達到更高的暗物質(zhì)探測靈敏度。

（物理學(xué)院）