大型地下氙氣實驗（LUX-ZEPLIN）的最新結果設定了迄今對WIMPs相互作用強度的最嚴格限制。

WIMPs（弱相互作用大質量粒子）是暗物質最有力的候選者之一 —— 這種“失蹤”的物質據信構成了我們宇宙85%的質量。由于其難以捉摸的特性，暗物質考驗著物理學家的耐心和創造力。但位于南達科他州的大型地下氙氣實驗（LUX-ZEPLIN，簡稱LZ）探測器的最新成果，可能讓科學家在捕捉WIMPs的行動方面又前進了一小步。

在最近發表于《物理評論快報》的一篇論文中，科學家們分析了LUX-ZEPLIN長達280天的數據，報告了迄今對WIMPs相互作用強度最嚴格的上限值。這一結果 —— 將近五倍的提升 —— 展示了物理學家在規避“暗物質是暗的”這個難題方面正變得越來越擅長；這種難以捉摸的物質會避開任何依賴可見光或其他類型輻射與物質相互作用的探測方法。

有充分的證據表明暗物質確實存在，包括眾多天體物理學觀測都暗示某種不可見物質對我們能看到的物體施加著引力。因此，物理學家傾向于使用我們能看到的材料，比如氙等重元素的液態形式，然后靜靜等待某些未知粒子與其發生相互作用。這種等待粒子與重元素相互作用的策略，是探測WIMPs（一種假想粒子，它們與引力相互作用，但作用尺度極其微小，只有最靈敏的探測器才可能瞥見）的一種經過充分驗證的方法。

位于南達科他州一座廢棄金礦地下1英里深處的LUX-ZEPLIN實驗，使用了近15000磅（7噸）的液態氙。這種化學元素的高原子質量和密度，使得科學家可能更容易探測到任何可能穿過探測器的未知粒子。此外，液態氙是透明的，可以防止任何來自探測器周圍放射性物質的不必要“噪聲”破壞實驗。

“如果你把尋找暗物質想象成尋找埋藏的黃金，那么我們挖的深度幾乎是過去任何人的五倍，”得克薩斯大學奧斯汀分校物理學家、LZ實驗副主任協調員斯科特·克拉維茨（Scott Kravitz）在一份新聞稿中說。“這不是用一百萬把鏟子能做到的 —— 而是通過發明新工具實現的。”

“這些結果牢固地確立了LZ是目前世界上探測質量大于10 GeV（約比質子重10倍）暗物質最靈敏的實驗，”密歇根大學物理學家、LZ物理協調員斯科特·哈塞爾施沃特（Scott Haselschwart）在一封郵件中解釋道。“為了說明我們的結果：我們已經排除了那種每4000年才在1公斤氙中發生一次相互作用的暗物質！”

最新的實驗還代表了LZ團隊首次應用一種稱為“加鹽”（salting）的技術，即預先加入假的WIMP信號。這幫助了那些當然渴望找到暗物質的研究人員避免偏見，并對潛在的有希望信號保持懷疑態度。

“人性傾向于在數據中看到模式，因此當你進入這個新領域時，確保沒有偏見滲入至關重要，”哈塞爾施沃特在同一新聞稿中說。“如果你做出了一項發現，你肯定希望它是正確的。”

同樣參與LZ實驗的倫敦大學學院物理學家艾米·科特爾（Amy Cottle）在聲明中解釋說，LZ實驗的下一步是繼續逼近WIMPs相互作用強度的上限，并利用探測器的尖端技術探索其他有趣且稀有的物理過程。

“LZ是迄今探測WIMP暗物質最靈敏的實驗，但我們還有兩年數據要收集，”哈塞爾施沃特在郵件中寫道。“這意味著LZ發現暗物質可能隨時會發生。我們確實正在以前人從未探索過的領域尋找暗物質，這令人極其興奮！”

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