在地球表面深處，一項(xiàng)重大物理實(shí)驗(yàn)已達(dá)到一個(gè)關(guān)鍵里程碑，使其探測(cè)器能夠在接近絕對(duì)零度的溫度下運(yùn)行。

在加拿大一座礦井的地下深處，科學(xué)家們啟動(dòng)了有史以來(lái)最冷的實(shí)驗(yàn)之一。超級(jí)低溫暗物質(zhì)搜尋計(jì)劃（SuperCDMS）現(xiàn)已達(dá)到其工作溫度，使其探測(cè)器最終能夠啟動(dòng)，并開(kāi)始探索物理學(xué)最大的謎團(tuán)之一。

該系統(tǒng)僅比絕對(duì)零度高幾千分之一度，其寒冷程度遠(yuǎn)超深空。在這些溫度下，材料內(nèi)部由熱量驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)幾乎消失，創(chuàng)造出一個(gè)足夠安靜的環(huán)境，用以探測(cè)那些原本會(huì)丟失的、極其微弱的信號(hào)。

這一里程碑標(biāo)志著從多年建設(shè)到科學(xué)運(yùn)行啟動(dòng)的轉(zhuǎn)變。隨著探測(cè)器現(xiàn)已啟動(dòng)，研究人員正準(zhǔn)備探索宇宙中一個(gè)從未被直接觀測(cè)到的部分。

該實(shí)驗(yàn)旨在探測(cè)神秘的暗物質(zhì)粒子。

暗物質(zhì)約占宇宙中所有物質(zhì)的85%，但從未被直接探測(cè)到?？茖W(xué)家通過(guò)其對(duì)星系的引力效應(yīng)知道它的存在，但其真實(shí)本質(zhì)仍然未知。如果暗物質(zhì)粒子如當(dāng)前模型所預(yù)測(cè)的那樣穿過(guò)地球，那么像SuperCDMS這樣的實(shí)驗(yàn)旨在捕捉它與普通物質(zhì)相互作用的罕見(jiàn)時(shí)刻。

明尼蘇達(dá)大學(xué)物理與天文學(xué)院教授、SuperCDMS發(fā)言人普麗西拉·庫(kù)什曼表示："達(dá)到基礎(chǔ)溫度是多年建造低本底設(shè)施過(guò)程中的一個(gè)重大里程碑，該設(shè)施旨在容納我們敏感的低溫固態(tài)探測(cè)器。在這些極低的溫度下，我們安裝的探測(cè)器現(xiàn)在可以掃描一個(gè)全新的參數(shù)空間區(qū)域，那里可能隱藏著最輕的暗物質(zhì)粒子。"

設(shè)計(jì)低本底環(huán)境

明尼蘇達(dá)大學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)、采購(gòu)并組裝了一個(gè)屏蔽系統(tǒng)，以保護(hù)探測(cè)器免受微量輻射以及宇宙射線與洞穴壁相互作用產(chǎn)生的中子的影響。該結(jié)構(gòu)是一個(gè)高四米（13.1英尺）、直徑四米（13.1英尺）的圓柱形外殼。它由多層超純鉛建造，用于阻擋伽馬輻射，并采用高密度聚乙烯來(lái)減少中子活動(dòng)。

除了幫助安裝實(shí)驗(yàn)設(shè)備并進(jìn)行冷卻外，該大學(xué)的研究人員還開(kāi)發(fā)了先進(jìn)的重建算法和分析方法，以便在未來(lái)幾個(gè)月開(kāi)始數(shù)據(jù)收集時(shí)，能夠快速識(shí)別可能的暗物質(zhì)信號(hào)。該團(tuán)隊(duì)在科研工作中發(fā)揮主導(dǎo)作用，并得到了物理與天文學(xué)院助理教授劉巖的支持，劉巖擔(dān)任分析工作組主席。

為精確測(cè)量深入地下

SuperCDMS位于SNOLAB，這是一個(gè)位于安大略省薩德伯里附近一座正在運(yùn)營(yíng)的鎳礦地下約6800英尺（約2073米）處的研究設(shè)施。這個(gè)深度使實(shí)驗(yàn)免受宇宙射線和其他可能干擾科學(xué)家試圖探測(cè)的極微弱信號(hào)的本底粒子的影響。

如今已達(dá)到基礎(chǔ)溫度，團(tuán)隊(duì)將開(kāi)始探測(cè)器的調(diào)試工作。此階段將持續(xù)數(shù)月，涉及激活、校準(zhǔn)和微調(diào)每個(gè)探測(cè)器通道。除了搜尋暗物質(zhì)外，該實(shí)驗(yàn)還將使科學(xué)家能夠研究稀有同位素，探索以前未測(cè)量過(guò)的能量范圍，并可能揭示新型粒子相互作用。

SuperCDMS是一項(xiàng)合作項(xiàng)目，得到了美國(guó)能源部科學(xué)辦公室、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、加拿大創(chuàng)新基金會(huì)以及加拿大自然科學(xué)與工程研究委員會(huì)的支持。

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