大地下氙气（LUX）暗物质实验的新结果

在勒克斯探测器里面的一个视图。（照片由Matthew Kapust / Sanford地下研究设施）

Lux科学家采用的一套新的校准技术大大提高了Lux暗物质实验的敏感性。

大型地下氙气（Lux）暗物质实验，在南达科他州的黑山丘上的桑福德地下研究设施（冲浪）上运营了几乎一英里地下，已经证明自己是追捕暗物质中最敏感的探测器，看不见的东西被认为是宇宙中大部分事情的账面。现在，Lux科学家们采用的一套新的校准技术再次大大提高了探测器的敏感性。

Lux的研究人员正在寻找WIMPS，或弱互动的巨大颗粒，这是暗物质的主要候选人之一。“对于低质量的暗物质颗粒，我们改善了LUX的敏感性超过了20倍，显着提高了我们寻找WIMPS的能力，”布朗大学和勒克斯联合发言人物理学教授Rick Gaitskell说实验。“我们将继续推动我们探测器的能力在寻找难以捉摸的暗物质粒子中，”Gaitskell说。

LUX改进，加上美国能源部劳伦斯国家实验室（Berkeley Lab）国家能源研究科学计算中心（NERSC）和布朗大学的计算和可视化中心（CCV）的高级计算机模拟，使科学家们可以测试额外的粒子暗物质的模型现在可以被排除在搜索之外。NERSC还存储了大量字节数衡量的大量LUX数据，或者Terabytes-and Berkeley Lab在Lux Collaboration中具有越来越大的作用。

科学家们相信暗物质存在，因为在星系的旋转中可以看到其重力的影响，并且在光线弯曲时，它可以通过宇宙行驶。因为WIMPS被认为只在非常罕见的场合与其他物质互动，所以他们尚未直接检测到。

“我们在实验期间寻找了暗物质颗粒，但正在利用新的校准技术更好地捕获他们将如何看待他们的探测器，”伦敦帝国学院伦敦举行的萨拉斯泰尔·研究员说。

“这些校准深化了我们对氙气对暗物质的反应以及背景的理解。这使我们能够以改善的信心来搜索，因为我们以前没有以前知道的粒子可以看到勒克斯。“

新的研究是在提交给物理审查信函的论文中描述的。该工作重新审视了2013年首次三个月运行期间收集的数据，并有助于排除在低质量范围内的暗物质检测的可能性，其中其他实验先前已经报告过潜在的检测。

勒克斯由三分之一的液体氙气组成，围绕着敏感的光探测器。当暗物质颗粒与探测器内的氙原子碰撞时，它旨在识别非常罕见的场合。当发生碰撞时，氙气原子将反冲并发出微小的光闪光，由Lux的光传感器检测。探测器的位置在桑福德实验室下方的岩石下方有助于将其从宇宙射线和其他干扰暗物质信号干扰的辐射屏蔽。

到目前为止尚未检测到暗物质信号，但其精致的灵敏度使科学家们允许所有的科学家们，但排除了暗物质颗粒可能存在的巨大质量范围。这些新校准将增加敏感性。

一种校准技术使用中子作为暗物质颗粒的竖立件。氙气原子的弹跳中子允许科学家量化Lux探测器如何响应重塑过程。

“就像一个巨大的游戏游戏游戏，中子作为提示球和氙气原子作为条纹和固体，”Gaitskell说。“我们可以跟踪中子以推断出氙气反冲的细节，并比以前可以的任何东西校准Lux的响应。”

中子和氙原子之间的相互作用的性质被认为与暗物质和氙之间的相互作用非常相似。“这只是暗物质颗粒的互动非常弱 - 大约一百万百万百万倍，”Gaitskell说。

中子实验有助于校准探测器以与氙核相互作用。但是Lux Scients也通过击中原子电子校准了探测器对少量能量的响应。这通过将氚化的甲烷-a放射性气体注入探测器来完成。

“在一个典型的科学运行中，大多数勒克斯看到的是背景电子反冲事件，”卡特霍尔是马里兰大学教授。“氚化的甲烷是一个方便的类似事件的来源，我们现在已经在勒克斯研究了数十万次衰减。这让我们信心不束，我们不会让这些花园的各种活动误认为是暗物质。“

另一个放射性气体Krypton被注射以帮助科学家区分环境放射性和潜在的暗物质信号产生的信号。

“氪均匀地混合在液体氙并发出具有已知的特异性能量的辐射，然后迅速衰减到稳定的非放射性形式，”德克利物理教授和勒克利·勒克斯·谁的联合发言人说：丹麦凯斯说也是伯克利实验室的联盟。通过精确地测量通过这种互动产生的光和电荷，研究人员可以从他们的搜索中有效地滤除背景事件。

“所以搜索继续，”麦肯锡说。“勒克斯在桑福德实验室的暗物质检测模式中再次。最新运行于2014年底开始，预计将继续持续至2016年6月。与我们以前的2013年运行相比，此运行将曝光超过四次的增加。我们将非常兴奋，看看是否有任何暗物质粒子在新数据中显示出来。“

麦肯锡，以前在耶鲁大学，7月加入了UC Berkeley和伯克利实验室，并附有他的研究团队成员。

桑福德实验室是南达科他州所有设施。Homestake矿业公司捐赠了金矿，导致南达科他州科技管理局（SDSTA），2007年重新开放了该设施，南达科他州立法机构的4000万美元提供了4000万美元的资金，并从慈善家T. Denny Sanford获得了7000万美元的捐赠。美国能源部（DOE）支持桑福德实验室的运营。

凯文莱斯科监督冲浪行动并在伯克利实验室领导暗物质研究小组，说：“很高兴看到在冲浪中安装的实验继续产生世界领先的结果。”

Lux科学合作，由DOE和国家科学基金会（NSF）提供支持，包括19个研究型大学和美国，英国和葡萄牙的研究大学和国家实验室。

“全球搜索暗物质的旨在回答关于我们宇宙构成的最大问题之一。我们很自豪地支持Lux合作，祝贺他们实现更大的敏感度，“SDSTA执行董事Mike Reslley说。

在桑福德实验室的下一代暗物质实验计划已经在进行中。2016年底，勒克斯将被退役，为新的更大的氙探测器提供方式，称为Lux-Zeplin（LZ）实验。LZ将有一个10吨液体氙靶标，这将适合在勒克斯使用的纯净水中相同的72,000加仑坦克。伯克利实验室科学家将在LZ合作中具有重大领导作用。

“LUX实验的创新形成了LZ实验的基础，计划达到勒克斯的敏感度超过100倍。LZ实验如此敏感，它应该开始检测源自太阳的中微子，甚至在Homestake Mine的诺贝尔奖获奖实验甚至无法检测到，“哈里·纳尔逊（Uc Santa Barbara），发言人对于LZ。

Lux由Doe Scients Office提供支持。NERSC是DOE科学用户设施办公室。

研究报告的PDF副本：改进了LUX实验的WIMP散射限制