大型地下氙气实验（LUX-ZEPLIN）的最新结果设定了迄今对WIMPs相互作用强度的最严格限制。

WIMPs（弱相互作用大质量粒子）是暗物质最有力的候选者之一 —— 这种“失踪”的物质据信构成了我们宇宙85%的质量。由于其难以捉摸的特性，暗物质考验着物理学家的耐心和创造力。但位于南达科他州的大型地下氙气实验（LUX-ZEPLIN，简称LZ）探测器的最新成果，可能让科学家在捕捉WIMPs的行动方面又前进了一小步。

在最近发表于《物理评论快报》的一篇论文中，科学家们分析了LUX-ZEPLIN长达280天的数据，报告了迄今对WIMPs相互作用强度最严格的上限值。这一结果 —— 将近五倍的提升 —— 展示了物理学家在规避“暗物质是暗的”这个难题方面正变得越来越擅长；这种难以捉摸的物质会避开任何依赖可见光或其他类型辐射与物质相互作用的探测方法。

有充分的证据表明暗物质确实存在，包括众多天体物理学观测都暗示某种不可见物质对我们能看到的物体施加着引力。因此，物理学家倾向于使用我们能看到的材料，比如氙等重元素的液态形式，然后静静等待某些未知粒子与其发生相互作用。这种等待粒子与重元素相互作用的策略，是探测WIMPs（一种假想粒子，它们与引力相互作用，但作用尺度极其微小，只有最灵敏的探测器才可能瞥见）的一种经过充分验证的方法。

位于南达科他州一座废弃金矿地下1英里深处的LUX-ZEPLIN实验，使用了近15000磅（7吨）的液态氙。这种化学元素的高原子质量和密度，使得科学家可能更容易探测到任何可能穿过探测器的未知粒子。此外，液态氙是透明的，可以防止任何来自探测器周围放射性物质的不必要“噪声”破坏实验。

“如果你把寻找暗物质想象成寻找埋藏的黄金，那么我们挖的深度几乎是过去任何人的五倍，”得克萨斯大学奥斯汀分校物理学家、LZ实验副主任协调员斯科特·克拉维茨（Scott Kravitz）在一份新闻稿中说。“这不是用一百万把铲子能做到的 —— 而是通过发明新工具实现的。”

“这些结果牢固地确立了LZ是目前世界上探测质量大于10 GeV（约比质子重10倍）暗物质最灵敏的实验，”密歇根大学物理学家、LZ物理协调员斯科特·哈塞尔施沃特（Scott Haselschwart）在一封邮件中解释道。“为了说明我们的结果：我们已经排除了那种每4000年才在1公斤氙中发生一次相互作用的暗物质！”

最新的实验还代表了LZ团队首次应用一种称为“加盐”（salting）的技术，即预先加入假的WIMP信号。这帮助了那些当然渴望找到暗物质的研究人员避免偏见，并对潜在的有希望信号保持怀疑态度。

“人性倾向于在数据中看到模式，因此当你进入这个新领域时，确保没有偏见渗入至关重要，”哈塞尔施沃特在同一新闻稿中说。“如果你做出了一项发现，你肯定希望它是正确的。”

同样参与LZ实验的伦敦大学学院物理学家艾米·科特尔（Amy Cottle）在声明中解释说，LZ实验的下一步是继续逼近WIMPs相互作用强度的上限，并利用探测器的尖端技术探索其他有趣且稀有的物理过程。

“LZ是迄今探测WIMP暗物质最灵敏的实验，但我们还有两年数据要收集，”哈塞尔施沃特在邮件中写道。“这意味着LZ发现暗物质可能随时会发生。我们确实正在以前人从未探索过的领域寻找暗物质，这令人极其兴奋！”

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