中国暗物质实验听了地下实验室的宇宙学的声音

下一代CDEX实验

CJPL-II下一代CDEX实验的示意性设置。信贷:©科学中国出版社

从星星内物理和宇宙学的许多令人信服的证据表明,宇宙中的主要物质组成部分是暗物质,占剩余15%的普遍事物约为85%。尽管如此,人们仍然了解暗物质,包括其质量和其他性质。许多模型预测暗物质颗粒可以在弱相互作用水平下耦合到普通颗粒,因此可以在直接检测实验中捕获暗物质颗粒的信号。

中国暗物质实验(CDEX)的科学目标是直接检测光暗物质和中微氨基的双β衰变,用P型点接触锗(PPCGE)探测器在中国晋平地下实验室(CJPL)。由CDEX探测器系统中的暗物质颗粒和靶核聚体之间的弹性散射引起的可测量能谱可以给我们暗物质质量,旋转和其他性质的信息。

暗物质颗粒与靶核之间的弹性散射

暗物质颗粒和靶核之间的弹性散射。信贷:©科学中国出版社

对当前暗物质实验的分析通常是依赖性的,并且许多超出标准模型的模型预测了暗物质的存在,例如超对称模型和超尺寸模型。由于物理模型的种类,从相同的实验数据中获得的约束不能直接应用于其他模型,这会给身体解释带来并发症。

宇宙学观察已经证实了暗物质的主要部分是非相对论的冷暗暗物质,因此,暗物质颗粒和核聚核聚之间的散射过程中的动量转移仅是数百兆的,远低于电牛排秤(〜250 GEV)。因此,适用于利用有效的场理论来分析暗物质与普通物质之间的相互作用。近年来提出了两种替代方案,以研究不同的可能的相互作用,即非相对论有效的场理论(NREFT)和手性有效场理论(CHEMET)。有效理论包含给定对称原理允许的所有可能的相互作用,因此它可以模拟 - 独立地降低分析的复杂性。

在暗物质直接检测实验中,最重要的是旋转无关(Si)和旋转依赖性(SD)散射分析,而EFT可以提供更多依赖性或速度相关的相互作用,这些相互作用不会考虑通常。从PCCGE的低电噪声受益,CDEX-1B和CDEX-10的分析阈值均达到160eV,这可能大大提高了光暗物质的检测灵敏度。

基于CDEX-1B和CDEX-10的数据集,CDEX协作提出了NREFT和CHEMET引起的WIMP核的联轴器的新限制。在非椭圆的有效场理论方法中,它们改善了低Mχ区的电流范围。在手性有效现场理论方法中,它们首次将WIMP-PION耦合的极限扩展到Mχ<6 GEV / C2区域。

CDEX排除限额

(a)NREFT的不同耦合系数的排除限制;(b)无黑阀散射截面的排除限制。信贷:©科学中国出版社

相关结果已在线公布题为“在CDEX的有效领域理论框架中的WIMP联轴器的第一个实验约束”科学 - 物理,力学和天文学(SCI。MECH。MECH。ASTRON。64,281011(2021))。[1]中国科学院理论物理研究所的Y.F.周教授为此出版物写了一篇审查文章。[2]

CDEX-1B和CDEX-10的操作和分析即将到来,目前正在准备下一代实验CDEX-100 / CDEX-1T。较低的背景水平和PPCGE性能的提高可以提高直接检测实验的灵敏度。虽然CDEX的下一代实验可以发现暗物质仍然是未知的,但暗物质的谜团将鼓励越来越多的研究人员才能追求其研究,直到当天宇宙的这种深刻的奥秘就会解决。

参考:

  1. “在CDEX的有效领域理论框架中的WIMP耦合的第一个实验约束”由易王,智吞,钱悦,Liao杨,柯君康,元景李,梅恩·ğğ路,海鹏安,建平张,景山陈,云彩陈,建平成,程毅蒋,文汉戴,志邓,长毛芳,新平耿,慧铮,邱州郭,徐元郭,洪剑,李立,盛明河,金威胡,图辰黄,汉雄黄,海涛佳,萍秀贾,西江,浩斌李,建李,金李,明轩李,李仁明李,夏丽,玉兰李,宾廖,福科琳,黑色林,刘刘,艺术刘,玉柳,媛媛,Hao Ma,Yucai Mao,齐源聂,金华宁,惠潘,宁春齐,洁仁,XICHAO阮,昌东尚,陆k·沙姆达,ZE SHE,Lakhwinder Singh,Monoj Kumar Singh,Tianxi Sun,Changjian Tang,Weiyou Tang,Yang田,广府王,李王,清王,玉南王,云翔王,珍王,亨利·科兹 - 王,世勇吴,玉成吴,浩阳邢,尹旭,陶雪,玉图燕,南义,春旭宇,海军余,建现悦,明又景z,荆肝张,雷章,冯帅张,镇宇张,攀康赵,明宫赵,冀芳省,祖莹赵,冀扬,祖英周,京君朱和CDEX协作,2021年4月26日,科学中国物理,力学与天文学
    DOI:10.1007 / S11433-020-1666-8
  2. “改善了对CDEX的暗物质有效互动的限制”由余峰周,2021年5月6日,科学中国物理,力学与天文学
    DOI:10.1007 / S11433-021-1679-4

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