beat365中文版官方网站beat365中文版官方网站的赵力助理研究员与刘江来教授最近在受邀在Frontiers of Physics杂志以“Experimental search for dark matter in China”（中国的暗物质实验寻找）为题发表了Topical Review(科学综述)【Li Zhao, Jianglai Liu, Front. Phys. 15(4), 44301 (2020), arXiv:2004.04547(11 pages)】。暗物质作为当前物理学与天文学中的最大谜团之一，至今还没揭开谜底。为了寻找暗物质粒子存在的证据，全世界科学家进行着各种各样的实验，早期的实验主要集中在欧美等国家。我国的科学家大约在十年前才开始暗物质实验探测，但已经取得了多项有高影响力的实验结果，不仅填补我国在该领域的空白，也赢得国际同行的高度关注。
该文概述了近十年在中国进行的暗物质探测实验项目（直接探测实验：PandaX和CDEX；间接探测实验：暗物质卫星“悟空号”DAMPE）以及它们取得的重要进展，并进一步讨论了各个项目的最新实验结果和未来的实验规划。
图1. PandaX在锦屏实验室一期的探测装置
探索物质世界（大自然和宇宙）的奥秘一直以来是物理学家前进的动力，当前暗物质就是奥秘之一。beat365中文版官方网站牵头的液氙探测实验PandaX，合作组成立于2009年，2012年进驻位于四川凉山州的中国地下锦屏实验室一期（CJPL-I），其探测装置如图1中所示，外围为屏蔽体和配套设施，屏蔽体包括聚乙烯（PE）板，铅块层以及高纯无氧铜板和无氧铜真空罐；配套设施包括数据获取系统，氙制冷和在线提纯等。铜罐内的中心探测器分两个阶段PandaX-I和PandaX-II，它们分别于2014年和2019年完成运行。2015年发表的PandaX-I实验结果排除国际实验DAMA-LIBRA,CoGeNT, CRESST-II 和CDMS-SI的信号区域，为该实验的里程碑式的结果。2017年发表的PandaX-II实验结果，给出了当时国际上WIMP暗物质粒子质量大于100GeV/c2的最强限制反应截面区间。目前beat365中文版官方网站主导的下一代暗物质探测器PandaX-4T已经在中国锦屏地下实验室二期（CJPL-II）开展测试运行。同时，依托李政道研究所平台，对未来终极多功能探测器（暗物质和无中微子双贝塔衰变）的关键技术进行预研。
图2. CDEX在锦屏一期实验室中的装置照片，来自于央视短视频
另一个中国直接探测暗物质实验CDEX合作组，由清华大学主导，成立于2009年，实验也在中国锦屏实验室开展。该实验着重探测低质量的WIMPs暗物质粒子（<10GeV/c2）。CDEX实验装置如图2所示，这里为外围屏蔽1米厚聚乙烯板房的内部情况，内层屏蔽体还包含铅墙，聚乙烯板和无氧铜板。中心探测器为P型点电极高纯锗探测器（PPCGe）。经过多年积累的公斤级锗探测器实验数据CDEX-1A 和CDEX-1B的实验结果很好地排除了国际实验CoGeNT和DAM-LIBRA的暗物质信号区域和年调制。而升级后的探测器CDEX-10（10KG锗探测器）在2018年发表了对于5GeV/c2暗物质粒子WIMP的反应截面限制8´10-42cm2，当时在该质量区国际领先。该合作组的未来长远计划是要发展吨级锗探测器和其关键技术，用于探测暗物质和无中微子双贝塔衰变。
图3. 暗物质卫星“悟空号”2015年12月17日升空时的照片，来自新华网
科学家们不仅在想方设法地进行暗物质直接探测，还在尝试通过寻找暗物质的衰变产物来进行间接探测。国内的暗物质卫星“悟空号”DAMPE就是这方面的探测器，该实验主要是探测太空中的高能电子和光子，并具备更高的能量分辨率和更宽的探测能区。“悟空号”2015年发射升空（图3），2017年在《Nature》上发表了最新实验结果，对于正负电子（e+e-）能谱，其违反了幂律分布，并在1.4TeV处发现新的结构，引起国际上众多理论物理学家的理论探讨。目前该实验还在收集更多的实验数据，减少统计误差，也在考虑后期的升级计划。
文章链接：http://journal.hep.com.cn/fop/EN/10.1007/s11467-020-0960-x
