比外太空冷數百倍：科學家在暗物質搜尋中接近絕對零度

在地球表面深處，一項重大物理實驗已達到一個關鍵里程碑，使其探測器能夠在接近絕對零度的溫度下運行。

在加拿大一座礦井的地下深處，科學家們啟動了有史以來最冷的實驗之一。超級低溫暗物質搜尋計劃（SuperCDMS）現已達到其工作溫度，使其探測器最終能夠啟動，并開始探索物理學最大的謎團之一。

該系統僅比絕對零度高幾千分之一度，其寒冷程度遠超深空。在這些溫度下，材料內部由熱量驅動的運動幾乎消失，創造出一個足夠安靜的環境，用以探測那些原本會丟失的、極其微弱的信號。

這一里程碑標志著從多年建設到科學運行啟動的轉變。隨著探測器現已啟動，研究人員正準備探索宇宙中一個從未被直接觀測到的部分。

該實驗旨在探測神秘的暗物質粒子。

暗物質約占宇宙中所有物質的85%，但從未被直接探測到。科學家通過其對星系的引力效應知道它的存在，但其真實本質仍然未知。如果暗物質粒子如當前模型所預測的那樣穿過地球，那么像SuperCDMS這樣的實驗旨在捕捉它與普通物質相互作用的罕見時刻。

明尼蘇達大學物理與天文學院教授、SuperCDMS發言人普麗西拉·庫什曼表示："達到基礎溫度是多年建造低本底設施過程中的一個重大里程碑，該設施旨在容納我們敏感的低溫固態探測器。在這些極低的溫度下，我們安裝的探測器現在可以掃描一個全新的參數空間區域，那里可能隱藏著最輕的暗物質粒子。"

設計低本底環境

明尼蘇達大學團隊設計、采購并組裝了一個屏蔽系統，以保護探測器免受微量輻射以及宇宙射線與洞穴壁相互作用產生的中子的影響。該結構是一個高四米（13.1英尺）、直徑四米（13.1英尺）的圓柱形外殼。它由多層超純鉛建造，用于阻擋伽馬輻射，并采用高密度聚乙烯來減少中子活動。

除了幫助安裝實驗設備并進行冷卻外，該大學的研究人員還開發了先進的重建算法和分析方法，以便在未來幾個月開始數據收集時，能夠快速識別可能的暗物質信號。該團隊在科研工作中發揮主導作用，并得到了物理與天文學院助理教授劉巖的支持，劉巖擔任分析工作組主席。

為精確測量深入地下

SuperCDMS位于SNOLAB，這是一個位于安大略省薩德伯里附近一座正在運營的鎳礦地下約6800英尺（約2073米）處的研究設施。這個深度使實驗免受宇宙射線和其他可能干擾科學家試圖探測的極微弱信號的本底粒子的影響。

如今已達到基礎溫度，團隊將開始探測器的調試工作。此階段將持續數月，涉及激活、校準和微調每個探測器通道。除了搜尋暗物質外，該實驗還將使科學家能夠研究稀有同位素，探索以前未測量過的能量范圍，并可能揭示新型粒子相互作用。

SuperCDMS是一項合作項目，得到了美國能源部科學辦公室、美國國家科學基金會、加拿大創新基金會以及加拿大自然科學與工程研究委員會的支持。

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