北京時間2021年7月8日下午4時,上海交通大學教授、中國錦屏地下實驗室PandaX實驗(“熊貓”實驗)發言人劉江來博士在三年一度的馬塞爾·格羅斯曼國際廣義相對論大會上公布了PandaX-4T實驗的首個暗物質搜尋結果。此次結果基于PandaX-4T試運行95天的數據,用0.63噸•年的曝光量,再次刷新了暗物質性質的邊界值。
近百年的天文學和宇宙學的研究表明,宇宙中“看不見”的暗物質比我們已知的普通物質多了5倍多!科學家們普遍認為,暗物質與普通物質之間極有可能存在一種新的微弱的相互作用,可以在極深地下、利用超高靈敏度的探測器來尋找它們。PandaX實驗就是國内最早開展暗物質直接探測的項目之一。實驗項目由季向東教授在2009年發起,目前合作單位包括山東大學、北京大學、中國科學技術大學、中山大學、beat365英国官网网站、南開大學、複旦大學、原子能科學研究院以及雅砻江流域水電開發有限公司(雅砻江水電)等。北航耿立升教授團隊從2018年加入PandaX團隊,承擔了重要的軟硬件任務,目前團隊成員包括耿立升教授、周小朋副教授及博士研究生申國防等,團隊與上海交大的韓柯教授承擔探測器刻度方面的工作,并深入參與到整個物理分析過程。
PandaX-4T所在的錦屏二期實驗室是國家發改委“十三五”重大科學基礎設施項目之一,預期2023年完工。為了加快實驗進度,PandaX團隊在錦屏二期實驗室B2實驗廳中提前建設了臨時配套設施和900噸的超純水屏蔽裝置。2019年8月,實驗組進駐,并于2020年5月底完成探測器安裝,建設過程中克服了諸多技術挑戰和新冠疫情的影響。2020年11月28日,探測器調試完成,進入試運行,至2021年4月15日結束運行,其中穩定取數共95天。PandaX-4T探測器中共有5.6噸的高純氙氣,其中靈敏區域中有3.7噸。在95天的運行中,PandaX-4T探測器記錄了約13.7億次的事例,其中僅有1058個事例通過篩選進入了最終的暗物質分析數據集。這些事例中有6個事例落在了信号區域内,通過分析,它們和本底預期吻合,未出現暗物質事例超出的迹象。由于出衆的靈敏度,PandaX-4T的這批數據覆蓋了之前未被探測過的暗物質與普通物質作用的參數空間,取得了對暗物質最好的搜尋結果。
北航團隊的周小朋副教授一直是PandaX項目的核心成員。他深入參與了PandaX-4T實驗的建設及數據分析任務中。從18年開始,周小朋博士長期進駐實驗建設現場,與上海交大同事一起負責現場配套設施的建設,保證了探測器按時入場調試,為PandaX-4T探測器能在激烈的國際競争中後發先至,率先取得物理結果赢得了寶貴的時間。探測器試運行期間,周小朋博士深入參與了刻度系統的研發及刻度數據的采集,為團隊理解PandaX-4T探測器的性能、靈敏度及跟進的優化做出了重要的參考,保證了第一個物理分析結果的數據分析質量。在數據分析中,周小朋作為該分析工作的副協調人,全面參與了從數據重建、篩選到最終物理分析的整個流程,為PandaX-4T實驗的首個物理結果做出了重要貢獻。北航beat365英国官网网站博士生申國防同學,從碩士生階段就參與到PandaX-4T實驗中,負責了PandaX-4T實驗中一個重要的刻度技術----DD中子刻度的全過程,同時申國防同學也積極參與到PandaX-4T實驗現場的運行維護中,承擔了數月的運行維護工作,為PandaX-4T探測器的穩定運行做出了重要貢獻。
此次試運行結束後,PandaX實驗組将加快開展對探測器中氚本底的提純工作,預期将探測器的本底降低一倍以上,以更高的靈敏度搜尋暗物質。