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这可能是暗物质的首个直接证据,科学家终于捕捉到异常粒子信号

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-09-29

宇宙里的物质,我们能看见的那部分还不到 5%。

剩下那些不发光、也不反光,穿过地球也留不下痕迹,天文学家最先是从星系的转动上发现事情不对的,星系外圈转得比看得见的物质允许的速度快得多,引力理论要是不错,那就只有一种解释,还有一大堆看不见的物质在那儿提供引力。

这堆看不见的东西就被叫作暗物质,找了将近 100 年,到现在还没有谁真的抓到一个暗物质粒子。

按理来说,一台专门为暗物质造的探测器,埋在地下深处,跑够时间之后,要么看到暗物质撞原子核留下的那一下反冲,要么就把相互作用的强度压得更低,但是实际上,2026 年 9 月 2 日 LZ 实验团队公布出来的这批数据里,有一个反冲能量大约 248 keV 的事件,特征跟好几种暗物质理论模型预言的样子对得上。

已知的中子、中微子、伽马射线这些本底过程又解释不了,可这一次搜索的全局统计显著性只有 2.6σ,离宣布发现差得远,这是怎么回事呢?

LZ 这台探测器埋在地下很深的地方。

往地下钻是为了挡干扰,地面上到处都是宇宙线,岩石和混凝土里也有微量的放射性,暗物质撞上原子核的信号本来就极少,这些干扰混在里头,信号就没法认了。

在闹市里想听清一根针落到地上的声音,得先找个安静的地方,钻到地下深处,找的就是这份安静。

探测器里装的靶子是一大池液氙。

暗物质粒子从宇宙里穿过来,极偶尔会撞上一个氙的原子核,原子核被撞飞出去,撞飞的原子核在液氙里打出光,也打出电子,探测器量的就是这些光和电子。

打台球的时候,一颗球撞上另一颗球,被撞的那颗飞出去,看不见的那颗球看不着,但看得见的是被撞飞的这一颗怎么飞,这种被撞飞的原子核,科学家叫核反冲。

这一次用的数据,曝光量是 2.84 吨·年。

曝光量这个数,是靶子的重量乘上跑了多长时间,靶子越重、跑得越久,撞上的机会就越多。

用渔网在河里捞鱼,网越大、在河里放得越久,捞着的鱼就越多,曝光量这个数说的就是这件事。

这一次跟以往不一样的地方在能量区间上。

以前的搜索盯着 55 keV 以下那一段,也有缘故,那一段对应的是质量比较轻的暗物质粒子,这一类在理论模型里被讨论得最多,能量再往上的那一段,过去一般认为信号会弱到没法看,也就没什么人去翻。

这一次把上限一路推到了大约 270 keV。

能区放宽了,能找的暗物质种类就多了,质量大的暗物质粒子撞上原子核,撞出来的反冲能量高,这一段过去根本没人看过。

这一次跑出来的那个事件,反冲能量大约 248 keV,正好落在过去看不到的区间里。

这批数据里最难对付的本底是中子。

中子不带电,撞上氙原子核也是一次核反冲,撞出来的样子跟暗物质撞出来的几乎一模一样。

地下深处挡得掉宇宙线,岩石和混凝土里自己裂变出来的中子挡不干净,只能靠探测器外头那一层装置盯着,撞上中子的同时外头也有反应的,就踢掉。

中微子、伽马射线这些撞的多半是电子,电子反冲和核反冲在液氙里留下的信号不一样,能分开,中子这一路最难办。

碰撞在液氙里会留下两道信号,撞的那一下先打出一道光,被撞出来的电子往上飘,飘到液面上方的气体里再打出一道光,核反冲和电子反冲留下的这两道光的比例不一样,探测器就靠这个比例往开分,分出来的核反冲事件才拿去做统计。

可能有一些网友好奇,既然对得上,为什么不宣布发现。

粒子物理这边的规矩是,统计显著性得到 5σ 才算数,意思是背景自己涨出这种样子的机会小到 100 万分之一以下。

这一次是 2.6σ,背景自己涨出这种样子的机会大约 1/200。

1/200 这个机会不算小,跑得多、看得久,背景自己冒出这么一个,也算不上稀奇。

这类够不上 5σ 的异常,以前也出现过不少,数据攒够了以后多半就没了。

这不,这一趟虽然没有发现,也给出了宽能区这一段上到目前为止最严的一组限制。

暗物质和原子核之间的相互作用强度,原来只能在某一根线以上活动,这批数据把这根线又往下压了一截,压过这根线的那批理论模型现在就站不住了,被排除掉了。

剩下那些模型往哪边走,后面的实验也就有了方向,不至于满世界乱找。

宇宙里看不见的那部分物质到底是什么,人类到现在不知道,这个问题挂了将近 100 年,眼下也看不出什么时候能有个结果。

这一趟的用处,是把不知道的范围收窄了一点,排掉一批模型,也把能区推到了过去看不到的地方。

LZ 实验现在还在运行,数据还在往上攒,248 keV 这个事件到底是背景涨上来的那一次,还是真有东西撞上来了,得等数据攒够以后才知道。

下一代更大的探测器也在准备,能区还要往上推。

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