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加拿大地下SuperCDMS实验启动 开启探寻最轻暗物质粒子之旅

2026-04-05 10:41          加拿大核物理

近日,位于加拿大萨德伯里镍矿地下两公里深处的超级低温暗物质探测实验(SuperCDMS)已冷却至接近绝对零度的极低温,并首次开启探测器,标志着其从多年建设阶段正式转入数据测量阶段。实验目标是搜寻迄今尚未被直接探测到的暗物质粒子。据估计,暗物质约占宇宙总物质含量的85%,但其构成仍是物理学重大谜题。

该实验的核心是创造一个近乎无“热噪声”的极端探测环境。探测器内部温度维持在仅比绝对零度高数千分之一度,在此条件下物质的热振动几乎停止,背景噪声大幅降低,使仪器能够捕捉到普通环境中难以分辨的微弱信号。实验假设某些暗物质粒子可穿透地球并与普通物质发生极罕见碰撞,SuperCDMS的目标正是探测这类稀有事件。

为屏蔽外界干扰,实验团队设计了多层防护结构:4米高的圆柱形屏蔽体内交替铺设超纯铅层(阻隔伽马射线)与高密度聚乙烯(减弱中子流),并利用地下两公里厚的岩层进一步屏蔽宇宙射线。实验所在的SNOLAB实验室依托仍在运营的镍矿而建,为探测提供了天然的低辐射环境。

明尼苏达大学研究团队在该项目中不仅负责防护系统设计与安装,还开发了用于后续数据重建与分析的专用算法,以期在未来数月全面启动数据采集后,能够快速区分可能的暗物质信号与背景噪声。项目团队表示,接下来数月将逐步校准、调试各探测单元,之后系统将转入正式科学观测阶段。

除搜寻暗物质外,SuperCDMS实验还将用于稀有同位素研究、探索未知低能粒子相互作用等领域。该项目由美国能源部、美国国家科学基金会及加拿大多个科研基金共同支持,其正式运行标志着人类在探索宇宙暗物质之路上迈出了新的实验步伐。


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