DarkSide-20k将把WIMP Dark Matter的搜索推向新的水平

意大利格兰萨索国家实验室的DarkSide-50时间投影室内部图片提供：DarkSide协作

休斯顿大学的科学家正在帮助开发一种技术，该技术可能是揭开科学重大奥秘之一的关键：什么是暗物质？科学家认为，暗物质占宇宙物质的85％，但实际上没有人知道暗物质是什么。

UH助理教授安德鲁·伦肖（Andrew Renshaw）说：“如果我们是发现暗物质的实验，我们可以改变我们对宇宙的基本理解。”“我们真的可以开始理解宇宙的基本属性-我们是如何从大爆炸升到现在的位置，以及未来的前景。”

伦肖（Renshaw）和埃德·亨格福德（Ed Hungerford）教授带领着自然科学与数学学院的物理学家团队参与了DarkSide计划，该计划是一项国际研究合作，旨在以弱相互作用的大颗粒（WIMP）形式检测暗物质。原则上，当WIMP粒子与普通原子核碰撞时，将产生极小的低能量核反冲力。简而言之，科学家们正在尝试通过检测这种微小但可观察到的后坐力来构建可以检测WIMPS的技术。

UH团队正在使用DarkSide程序的第一台物理探测器DarkSide-50（DS-50），该探测器位于意大利中部Gran Sasso国家实验室的地下。该团队及其合作者近年来通过将大气氩改为低放射性液态氩（从科罗拉多州的地下气井提取）来提高了DS-50检测器的灵敏度。但是正在开发的下一代检测器将使它进一步发展。

意大利Gran Sasso国家实验室的DarkSide-50时间投射室低温恒温器装有液态氩。DarkSide协作

目前，DarkSide-20k（DS-20k）使用的是与本DarkSide实验相似的组件。DS-50可容纳约9.5加仑（50千克）低放射性液态氩，而这种新型检测器DS-20k将采用新的读出技术，其体积将扩大400倍，可容纳3,800加仑（20,000千克）液态氩。 。预计这项新实验将于2021年在Gran Sasso国家实验室开始获取数据。

亨格福德说，这种探测器将把对WIMP暗物质的搜索推向新的灵敏度水平，希望能找到难以捉摸的WIMP。他说，或者，这可能表明暗物质不是粒子，因为该技术现已证明能够搜索除WIMP以外的其他暗物质类型。

“以前，如果您想寻找一种特定类型的暗物质，则确实必须寻找一种特定类型的探测器。现在，有了这种液态氩技术，它真的为使用单一技术搜索少量不同种类的暗物质打开了大门。”最近在UCLA暗物质会议上介绍了DarkSide研究成果的Renshaw补充道。

当亨格福德和伦肖继续在休斯敦进行研究时，UH团队的其他三名成员将负责意大利的日常业务。研究助理Nicola Canci管理DS-50检测器并监控其性能。

“需要将使氩气保持在液相状态的低温系统进行监测，并且需要进行一些操作以使检测器具有良好的性能。”电子设备受到监控。如果需要的话，来自探测器的信号会得到改善，并且会定期检查数据质量。坎西说。

UH参与DarkSide合作由美国国家科学基金会（National Science Foundation）每年提供20万美元的资助。