PandaX实验介绍和进展

Panda X是一个利用惰性元素"氙"作为探测介质进行粒子及天体物理稀有事件探测的大型实验装置.Panda X的一期和二期实验主要利用"二相型氙"时间投影室技术来进行弱相互作用暗物质粒子的直接探测.其中一期实验使用了120 kg氙,目标是在低质量暗物质区域检验以往其他实验所发现的疑似信号.一期实验的结果不支持这些疑似信号,并对10 Ge V/c2以下质量的暗物质性质给出了严格的限制.二期实验升级后的探测器使用了500 kg的氙.二期实验目前正在进行调试和试运行,它将在2015年末正式开始数据采集.Panda X第三期实验将采用高压的富氙-136(90%富集度)气体探测器进行无中微子双贝塔衰变探测,以研究中微子的本质.三期实验正在进行概念设计和原型测试.     

中国暗物质实验(CDEX)合作组研究进展

暗物质是当今物理学最基本也是最吸引人的前沿研究课题之一,对认识宇宙起源、演变和结构以及物质的本源等基本科学问题具有十分重要的意义.暗物质的理论研究和实验探测经过几十年的积累和发展已经取得了长远的进步.实验上有多种方法可以进行暗物质粒子的探测,直接探测是一种非常重要的手段.本文评述了暗物质直接探测方法的原理和当今国际国内采用直接探测法的不同实验的研究现状,着重介绍了中国暗物质实验(China Dark matter Experiment,CDEX)合作组的研究历程、探测技术和数据分析方法、以及研究取得的重要成果和未来规划.     

什么是暗物质?

虽然暗物质的存在已经得到了大量的天文观测的支持,但暗物质的属性是什么仍然是个未解之谜.近期暗物质探测的实验和理论研究均取得了长足的进展.本文从暗物质问题的提出讲起,介绍了暗物质的基本特点和可能的粒子物理候选者,之后详细介绍了暗物质研究的最新进展.(1)暗物质研究的早期历史.从星系旋转曲线、引力透镜、微波背景辐射等方面介绍了暗物质的观测证据,特别是暗物质丰度起源的标准热退耦理论机制和典型的暗物质粒子候选者,如弱相互作用有质量粒子等.(2)暗物质粒子的实验探测的基本原理和手段,如地下直接探测和空间间接探测等.重点综述了近期实验研究的进展.在地下直接探测方面综述了10 Ge V以下轻质量暗物质的探测实验:Super CDMS(super cryogenic dark matter search),CDEX(China dark matter experiment)等,以及大质量暗物质探测中的液氩探测器Dark Side等.(3)暗物质未来的碰撞方向性探测实验,如DRIFT(directional recoil identification from tracks),MIMAC(MIcro-tpc MAtrix of Chambers)等.在空间间接探测方面介绍暗物质湮灭到宇宙线粒子中涉及到的宇宙线粒子产生和传播的基本理论.(4)已有的实验,如Fermi-LAT(Fermi large area telescope)和AMS(Alpha magnetic spectrometer)-02在高能宇宙线电子和核子方面已经取得的成果,特别是近期DAMPE(dark matter particle explorer)卫星实验的首个结果中看到的正负电子总流强中的新现象和疑似反常现象以及AMS-02的反质子结果对暗物质搜寻的影响.展望了未来在反核子,如反氘和反氦方面可能取得的结果及其对暗物质研究的重要性.     

中国:开始向深地科学进军

从微小到宏大,科学家们正在利用深埋地下的实验室所提供的对于宇宙射线的屏蔽来探索暗物质。今年,随着深达2500米的中国锦屏山地下暗物质探测实验室(CJPL)初步建成以及小型暗物质实验装置开始收集数据,中国登上了充满活力的地下暗物质探测实验室建设的国际舞台。     

寻找暗物质的新线索

正在宇宙学中,暗物质是指无法通过电磁波观测进行研究,即不与电磁力发生作用的物质。据推测,整个宇宙的构成中约有三分之一为暗物质。对暗物质的探测已经成为粒子物理学和天体物理领域最热门的方向之一,但科学家一直苦于无法找到暗物质存在的确定证据。现     

暗物质源于真空？

暗物质源于真空？叶明山天文观测发现，星系、星系团等天体系统的动力学质量远大于光度学质量，表明在这些天体系统中存在大量不发光的“暗物质”。对于暗物质的具体形态已有多种猜测，但最恰当的解释可能是：除了少数暗物质由某些矮星及中子星、黑洞等组成外，大多数暗物...     

中国暗物质与暗能量研究5～10年展望

暗物质和暗能量的研究是当前基础物理研究最前沿的方向之一,突破性的重要进展将极大促进我们对物质世界的微观结构以及宇宙演化的理解.国际上对暗物质及暗能量的研究都极为重视,美国和欧洲多国都为其进行了详细周密的规划,开展了一系列的相关项目投资.国内也将这方面的研究纳入了中长期规划,并认为其很可能在不久的将来实现革命性的突破.在过去的几年内,我国在暗物质直接探测方面实现了长足的进步,探测结果的灵敏度达到世界先进水平.在2015年7月的香山科学会议上,一批从事这方面科研以及一批感兴趣的科学家讨论了未来5~10年我国在暗物质暗能量研究方面可能的规划和布局,建议依托锦屏地下实验室进行更大规模的暗物质直接探测实验,并开展卫星暗物质间接探测实验,力争在暗物质研究方面达到世界领先水平.同时建议在西藏阿里地区进行宇宙微波背景辐射观测,并通过空间站和地面望远镜进行深空巡天观测,从而实现对暗能量的深入研究.     

全球最重要的六大科学实验——从最聪明的人工大脑到第一人造生命

著名科普杂志<发现>月刊不久前发布了该刊评选出的当今全球六大最重要的科学实验,这些实验都与现阶段最热门的科研选题密切相相,如人脑的工作原理、暗物质、环境和生态保护人造生命等.     

暗物质环

通过50亿年前开始撞击的两个星系团，天文学家发现了迄今为止最为强有力的证据——证实了暗物质的存在。他们所发现的现象是一个巨大的暗物质环，直径足有260万光年。     

Science，Nature封面精选

据2007年9月14日Science封面文章的报告,宇宙中最老的恒星也许包含暗物质的线索,暗物质是构成宇宙中大多数物质的神秘东西。宇宙学家Liang Gao和Tom Theuns提出,由中等能量或“温”暗物质充满的早期宇宙,最早的恒星也许是从长弦发展出来的。与此相比,过去用缓慢运动的冷暗物质做的模拟显示,最早的恒星是以块状形成的。寻找早期恒星的努力正在进行中,所以新的恒星发现也许能帮助澄清宇宙是由温的还是冷的暗物质组成的。科学家发展了几种试验,许多需要在很深的地下进行,来检测地球上的暗物质,但是新发现提出,暗物质的线索也许来自夜晚的天空…     

带电荷的暗物质候选者

多年来,天体物理学家们认为电中性的弱作用大质量粒子（weakly interacting massive particles,WIMPs）是最信得过的暗物质候选者,它们只通过引力与普通物质起作用。对于带有电荷的大质量粒子（charged massive particles,CAHAPs）也曾有人建议将它们列为暗物质候选者,但在位于地下废矿井内的一些粒子探测装置未探测到这类暗物质粒子的任何征兆后,十多年前,科学家们就中止了对它们的研究。     

中微子及其猜想

中微子目前已被认为是暗物质中的一种,暗物质与暗能量被认为是宇宙研究中最具挑战性的课题,它们代表了宇宙中90%以上的物质含量,而我们可以看到的只占宇宙总物质量的10%不到。这是宇宙中一些不为人知的秘密……     

星系观测能用相对论性引力解释吗？

我们考虑了各种可供选择的引力理论,用来作为星系动力学而不引入任何暗物质。我们将这些相对论性引力理论的预言与各种实验数据(牛顿极限、光的偏转和延迟、星系旋转、引力透镜效应及等效原理等)进行了比较,发现不引入暗物质的话,任何引力理论都不能解释银河系的行为。     

暗物质研究的曙光

几十年前,暗物质刚被提出来时仅仅是理论的产物,但是现在我们知道暗物质已经成为了宇宙的重要组成部分。暗物质的总质量是普通物质的6倍,在宇宙能量密度中占了1/4,同时更重要的是,暗物质主导了宇宙结构的形成。暗物质的本质现在还是个谜,但是如果假设它是一种弱相互作用亚原子粒子的话,那么由此形成的宇宙大尺度结构与观测相一致。不过,最近对星系以及亚星系结构的分析显示,这一假     

侦测暗物质,“哈勃”很给力

侦测星系团中的暗物质 借助＂哈勃＂太空望远镜,根据＂引力透镜＂原理,科学家们绘制了一幅暗物质分布图,从而标示出了一个巨型星系团中的暗物质分布情况。     

捕捉暗物质粒子

<正>暗物质可能是这个宇宙中最扑朔迷离的事物,科学家隐隐约约觉得它应该存在,却从没看到过它的踪迹。尽管看不见摸不着,但为了捕捉到暗物质的身影,科学家正在穷尽一切可能。现代物理学把物质之间的相互作用,按作用强度从强到弱分为四种:强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用。暗物质的属性表明它们不参与强相互作用和电磁相互作用,只参与引力相互作用。那么它们是否参与弱相互     

暗物质之谜

我们能够感知暗物质对浩瀚宇宙产生的巨大影响,却捕捉不到它的行踪。在物理学上,物质之间有四种作用力,而暗物质只通过引力与其他物质发生作用;暗物质占据着宇宙中22%的质量,25%的能量,而对于它何以有如此巨大的能耐却无人知晓;暗物质的存在为构建宇宙大尺度结构发挥了重要作用,而在小尺度宇宙结构中它却不露身影。那么,暗物质究竟是一种什么样的物质呢?     

暗物质研究的进展兼谈科学中的整体统一方法

本文介绍了关于暗物质的基本知识和近年来的研究进展,包括暗物质的证据,冷暗物质模型, 弱相互作用暗物质的探测,关于暗物质晕的研究,其它天体物理限制等。当前暗物质的研究方法与传统的分析、还原方法有所不同,或可作为所谓“整体统一”研究方法的一个例子,这对其它领域的研究也有一定的借鉴价值。     

基于多波段观测的星系循环内流直接观测

<正>在目前基于暗物质的星系演化理论框架下,星系形成在引力自束缚的暗物质系统——暗物质晕中.在引力作用下,暗物质晕相互并合形成今天观测到的“宇宙网”大尺度结构.一般来说,暗物质晕的物理尺度是星系尺度的几十到上百倍.在星系与暗物质晕之间弥散有大量以氢元素和氦元素为主的重子物质,其中氢元素占比约为74%,氦元素占比约为25%,剩下的重元素占比约为1%.     

扭曲的星系尘埃盘指示暗物质的分布

宇宙中90%以上的物质是不可见的,所以天文学家难以描绘它们的位置。理论天文学家们曾试图模拟这些暗物质的分布,但他们的模型没有给出最终的结果。一些模型提出暗物质大致呈球状分布在星系的周围,而其他模型则指出暗物质是扁平的。孰是孰非,观测天文学家又难以检验,因为暗物质是看不见的。为此,天文学家不得不寻找暗物质分布的间接指示物。