新华网北京8月25日电（阎冬）近日，“科技前沿大师谈”暨上海科协大讲坛暑期院士专家系列科普讲座在沪开讲。中国锦屏地下实验室PandaX（熊猫计划）实验负责人、国家“千人计划”特聘专家季向东博士在“上天入地暗物质”专题讲座中对我国暗物质探测进展及发展前景作了深入讲解。

暗物质：宇宙中的“神秘幽灵”

暗物质被科学家比作“笼罩在21世纪物理学天空中的乌云”，季向东将其称作是宇宙中的“幽灵”。“迄今的研究和分析表明，人类通常所观测到的普通物质只占宇宙总能量的5%，而暗物质占27%左右。从某种意义上说，宇宙是由暗物质主宰的。”季向东用生动形象的比喻作进一步说明，“银河系被暗物质晕围绕着，就像包子皮包裹住包子馅一样。暗物质密度小、速度快、不发光，不参与电磁相互作用，无法用任何光学或电磁观测设备直接‘看’到。”

暗物质涉及宇宙产生和演化的基本问题，对帮助人类认识世界有重要意义。季向东表示，尽管暗物质“来去无踪”，但根据宇宙学最新研究，暗物质粒子与普通物质之间极有可能存在一种微弱的相互作用。“目前，国际上主要有3类暗物质探测方式，一是利用粒子对撞产生暗物质观察其衰变的产生实验,主力设备是欧洲核子中心的大型强子对撞机。二是基于暗物质湮灭产生反物质的原理在太空进行的湮灭实验,如中国的暗物质探测卫星“悟空”，我们称其为‘上天’。三是测量暗物质散射至液体或固体的散射实验，PandaX实验、美国的LUX实验和中国另一个CDEX实验均属此类方式。”

“守株待兔”探测微弱信号

季向东介绍，PandaX全称为“粒子和天体物理氙探测器”，是中国开展的首个百公斤级大型暗物质实验，其二期实验使用的也是目前世界上最大的暗物质探测器，该实验利用在空气中提纯的惰性元素氙作为探测媒介来寻找暗物质。“首先将氙气制冷至零下100摄氏度，当暗物质跟氙原子发生碰撞时，氙原子就会发光，同时也会产生自由电子。科学家的工作就是采取‘守株待兔’的方式，等待这些微弱的光和自由电子被探测出来，同时确认这些信号不是由其他原因引起的。”

尽管我们身边有成千上万亿个暗物质粒子，但它们碰撞到氙原子上而产生的信号太过于微弱，还要面临地球上无处不在的放射性干扰源。因此，该实验选址在四川南部地下深处2400米的锦屏地下实验室。季向东说：“每深入地下1000米，宇宙线的干扰就减少10倍。而我们的实验室有着得天独厚的条件，可以尽最大可能排除其对实验本底的干扰。”

暗物质探测道路上奋勇前行

从今年3月PandaX正式启动采集数据到6月底，探测器已记录了近3000万次的光电事件，约相当于每秒记录3次相应事件。而这短短100天的数据也通过计算机数据高效处理甄别，为暗物质理论研究提供重要信息。季向东说：“尽管目前暂未发现暗物质粒子踪迹，但这并不代表我们在做无用功。恰恰相反，我们通过探测数据排除了不应该有暗物质存在的区间，对可能存在的暗物质候选对象做出了最新的物理限制，这是在暗物质探测道路上迈出的重要一步。”

随着暗物质探寻的竞争愈发激烈，我国的科学家将在黑暗地底不遗余力继续探寻宇宙的奥秘。“今后10年内，我们还需要将探测灵敏度提升2到3个数量级，并力求对暗物质是否为弱相互作用重粒子作出重要判断。”季向东谈到。

浩瀚宇宙中神秘而未知的暗物质也许将在不远的将来被科学家们破解。我们也有理由相信，中国会在激烈的国际竞争中奋勇争先，为科学发展创造更多的可能。

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