本報(bào)8月8日上海迅（記者黃辛）今天凌晨，上海交通大學(xué)鴻文講席教授，“熊貓計(jì)劃”（PandaX）項(xiàng)目負(fù)責(zé)人季向東博士在美國(guó)俄亥俄州哥倫布市舉辦的2017年度國(guó)際高能粒子天體物理大會(huì)（TeVPA 2017）上宣布了“熊貓計(jì)劃”項(xiàng)目合作組最新暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：該項(xiàng)目在高達(dá)54噸•天的國(guó)際最大曝光量下，得到了暗物質(zhì)與核子的碰撞截面小于6×10-47cm2的限制，再次刷新了對(duì)暗物質(zhì)粒子性質(zhì)限制的世界紀(jì)錄。這是“熊貓計(jì)劃”繼2016年7月發(fā)布580公斤級(jí)探測(cè)儀的首個(gè)探測(cè)結(jié)果后，第二次發(fā)布國(guó)際最靈敏暗物質(zhì)探測(cè)結(jié)果。在過(guò)去的一年里，通過(guò)對(duì)該探測(cè)儀進(jìn)一步降低噪音和長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，使對(duì)暗物質(zhì)和普通物質(zhì)相互作用的探測(cè)靈敏度提高了4倍多。TeVPA是每年一度的粒子天體物理領(lǐng)域的最重要國(guó)際會(huì)議之一，吸引世界主要相關(guān)實(shí)驗(yàn)組和頂級(jí)學(xué)者參加。在哥倫布的會(huì)有350多位學(xué)者參加，季向東是大會(huì)主要邀請(qǐng)報(bào)告人之一。

暗物質(zhì)是宇宙中不參與“電磁”和“強(qiáng)”相互作用的全新未知物質(zhì)，是普通物質(zhì)的五倍多。揭開(kāi)暗物質(zhì)微觀粒子本質(zhì)是二十一世紀(jì)物理與天文學(xué)最重要的科學(xué)目標(biāo)之一。根據(jù)目前的主流理論，暗物質(zhì)很可能是一種超出粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的“弱相互作用重粒子”，可以通過(guò)檢測(cè)它與普通物質(zhì)相互作用的信號(hào)進(jìn)行直接探測(cè)。上海交通大學(xué)主導(dǎo)的“熊貓計(jì)劃”使用液氙作為探測(cè)儀靶材料，在2014年完成120公斤級(jí)“熊貓一期”探測(cè)儀的基礎(chǔ)上，自主研制了580公斤的“二期”探測(cè)儀。后者是目前國(guó)際上最大的暗物質(zhì)直接探測(cè)儀器之一，自2015年11月起在四川涼山州地下2500米深的錦屏地下實(shí)驗(yàn)室中運(yùn)行。該實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所由清華大學(xué)和雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司共同開(kāi)發(fā)，雅礱水電參與了“熊貓計(jì)劃”項(xiàng)目的建設(shè)。“熊貓計(jì)劃”二期合作組成員還包括了來(lái)自北京大學(xué)、山東大學(xué)和中科院應(yīng)用物理研究所等單位的科研人員。

據(jù)記者了解，暗物質(zhì)探測(cè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，所有實(shí)驗(yàn)合作組都期望率先發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)粒子的信號(hào)。已經(jīng)結(jié)束運(yùn)行的美國(guó)LUX合作組在2017年1月正式發(fā)表250公斤級(jí)探測(cè)儀過(guò)去四年運(yùn)行的最終數(shù)據(jù)，超過(guò)了“熊貓計(jì)劃”在2016年7月發(fā)表的世界最靈敏探測(cè)結(jié)果。位于意大利的XENON1T是目前世界上運(yùn)行中最大的暗物質(zhì)探測(cè)儀，探測(cè)區(qū)域的液氙達(dá)兩噸。該實(shí)驗(yàn)合作組于今年5月公布了首個(gè)結(jié)果，其靈敏度又超越了LUX。“熊貓計(jì)劃”二期探測(cè)儀的體量雖然不到XENON1T的三分之一，但憑借探測(cè)儀優(yōu)質(zhì)獨(dú)特的性能，經(jīng)過(guò)近半年的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，合作組得到了超越XENON1T的最新探測(cè)結(jié)果，再次領(lǐng)跑暗物質(zhì)直接探測(cè)的靈敏度。

為了取得這樣領(lǐng)先的探測(cè)成果，“熊貓計(jì)劃”二期合作組在2017年初對(duì)探測(cè)儀進(jìn)行了重要的靈敏度升級(jí)工作，將實(shí)驗(yàn)中的放射性“噪聲”降低至原來(lái)的三分之一。項(xiàng)目組成員放棄春節(jié)等節(jié)假日，爭(zhēng)分奪秒，長(zhǎng)期堅(jiān)守地下實(shí)驗(yàn)室工作崗位，直到本階段數(shù)據(jù)采集于7月17日結(jié)束。為了盡快發(fā)布探測(cè)結(jié)果，上海交通大學(xué)的劉江來(lái)教授帶領(lǐng)多位研究人員夜以繼日完成數(shù)據(jù)的分析工作。

目前，“熊貓計(jì)劃”二期探測(cè)儀的靈敏度已經(jīng)深入到“弱相互作用重粒子”理論預(yù)言暗物質(zhì)粒子存在的參數(shù)空間，即暗物質(zhì)粒子質(zhì)量以及它們同普通物質(zhì)相互作用強(qiáng)度的可能區(qū)域。目前的實(shí)驗(yàn)探測(cè)距離全面覆蓋參數(shù)空間的核心區(qū)域，還需要一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)的靈敏度改善。國(guó)際上幾個(gè)主要的探測(cè)團(tuán)隊(duì)都努力在激烈競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)地位。“熊貓計(jì)劃”二期探測(cè)儀需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上將體量升級(jí)，同時(shí)必須通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)一步降低本底噪聲，力爭(zhēng)領(lǐng)跑探測(cè)靈敏度，率先取得重大探測(cè)成果。

據(jù)介紹，“熊貓計(jì)劃”二期得到了科技部“十三五”重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目、教育部科技司、上海市科委、上海交通大學(xué)、雅礱水電、香港鴻文基金會(huì)，以及中國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室的資助與支持。